Ein Beitrag zum besseren Verständnis der Kraft-Wärme-Kopplung hinsichtlich des Primärenergiebedarfs und der CO2-Emissionen – Detailanalyse und Bildung von Kennzahlen

Abstract

Die Substitution von Kohle durch regenerative Energiequellen wird in einer Übergangszeit vermutlich einen erhöhten Einsatz von Erdgas erfordern, welches bevorzugt zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden sollte (KWK: Kraft-Wärme-Kopplung). In dieser Arbeit wird analysiert, in welchem Maß der Primärenergiebedarf und die CO2- Emissionen durch KWK auf der Basis von Erdgas-Motoren im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom in konventionellen Kraftwerken und Wärme in Erdgas-Heizkesseln bzw. elektrischen Wärmepumpen reduziert werden können. Der Effekt der KWK beruht auf einer Vielzahl von Parametern, deren Einflüsse mathematisch analysiert, numerisch ausgewertet und in zahlreichen Diagrammen transparent dargestellt werden. Die Analyse zeigt, dass die Einspareffekte in hohem Maß von der Leistung der Motoren – aufgrund der starken Abhängigkeit der elektrischen und thermischen Nutzungsgrade von der Motorleistung – und vom Anteil der Motoren an der Wärmeversorgung abhängen. Verteilungsverluste für Strom und Wärme spielen dagegen eine untergeordnete Rolle. Weiterhin wird gezeigt, dass die Einspareffekte sehr stark von den elektrischen Nutzungsgraden bzw. den stromspezifischen CO2-Emissionen der Referenzstromerzeugung abhängen. Abschließend wird dargestellt, in wieweit KWK sich auch dann noch behaupten kann, wenn für die Referenzwärmeerzeugung elektrische Wärmepumpen anstelle einer Erdgas-Heizung angenommen werden Aus den präsentierten Diagrammen können nahezu beliebige Fälle abgelesen werden. Vereinfachte Berechnungsgleichungen ermöglichen ein schnelles Nachrechnen. Aus der Vielzahl durchgeführter Berechnungen auf der Basis geeigneter Bezugsgrößen werden Kennwerte abgeleitet, die eine schnelle und dennoch gute Einschätzung der KWK ermöglichen.