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KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association
INSTITUTE FOR INDUSTRIAL PRODUCTION (IIP), CHAIR OF ENERGY ECONOMICS
www.kit.edu
Das KWK-G 2016 und die Bewertung seiner wirtschaftlichen Bedeutung für Wohngebäude
Russell McKenna, Erik Merkel, Robert Kunze, Wolf Fichtner
Fachtagung Energieberatung Thüringen, 16. Juni 2016, Jena
commons.wikimedia.org
Dr. Russell McKenna,Lehrstuhl für Energiewirtschaft, IIP
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Agenda
1. Kurze Vorstellung des IIP
2. Einführung und Motivation
3. Vergleich des KWKG 2012 und 2016
4. Ziele und methodische Vorgehensweise
5. Ergebnisse
6. Kritische Diskussion
7. Zusammenfassung und Ausblick
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1. Aktuelle Struktur des IIP
Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP)
Lehrstuhl für Energiewirtschaft (Prof. Fichtner, etwa 25 Mitarbeiter)
Dezentrale Energiesysteme und Netze, Gruppenleiter: Dr. Armin Ardone
Erneuerbare Energien und Energieeffizienz, Gruppenleiter: Dr. Russell McKenna
Energiemärkte und Energiesystemanalyse, Gruppenleiter: Dr. Dogan Keles
Transport und Energie, Gruppenleiter: PD Dr. Patrick Jochem
Lehrstuhl für Produktionswirtschaft (Prof. Schultmann, etwa 20 Mitarbeiter)
Projekt- und Ressourcenmanagement in der bebauten Umwelt, Gruppenleiter: Dipl. -Ing. Rebekka Volk
Risikomanagement, Gruppenleiter: Dr. Marcus Wiens
Planung und Bewertung industrieller Wertschöpfungsketten, Gruppenleiter: Dr. Sophia Radloff
Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU, Dr. Rimbon)
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2. Einführung und Motivation
Gebäude:
Machen fast 40% des deutschen Endenergiebedarfs aus
Etwa 80% davon für Warmwasser und Raumwärme
Die überwiegende Mehrheit (~90%) der Wärmeversorgung
in Gebäuden ist objektbezogen.
Deutscher Wohngebäudesektor besitzt ein großes Potenzial bei der
Energieverbrauchs- und Treibhausgasemissionsminderung:
30 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland
85 % davon zur Bereitstellung von Raumwärme und Trinkwarmwasser
Ambitionierte energie- und klimapolitische Ziele:
Bis 2020: Reduzierung des Wärmebedarfs von Gebäuden um 20 %
Bis 2050: Reduzierung des Primärenergiebedarfs von Gebäuden um 80 %
Verdopplung der energetischen Sanierungsrate (von 1 % auf 2 %) von Gebäuden
Gebäude40%
Warm-wasser+ Heizung
80%
Deutscher Endenergieverbrauch
BMWi 2014
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3. Das KWKG 2016: Eckdaten zur Erneuerung
Verdopplung der Gesamtförderung auf 1,5 Mrd. € pro Jahr
Verdopplung der Zuschlagsdauer für Kapazitäten < 50 kWel auf 60.000 VBSt.
Vorrangstellung der Elektrizitätserzeugung aus Ern. Energien
25% Ziel für KWK Elektrizität bis 2020 auf absolute Zielwerte beschränkt: 2020 110 TWh, 2025 120 TWh
Wie beim EEG, stärkere Integration der Anlagen in den Elektrizitätsmarkt: Verpflichtende Direktvermarktung für KWK-Anlagen ab 100 kWel
Entfall der Zuschlagszahlung zu Zeiten von negativen Großhandelspreisen
Differenzierung der Förderhöhe für die in öffentliche Versorgungsnetze eingespeiste und die nicht eingespeiste Elektrizität
Förderung der nicht eingespeisten Elektrizität deutlich gekürzt: nur bis 100 kWel und mit Entrichtung der EEG-Umlage
Deutlich höhere Zuschläge um den geringen Großhandelspreisen entgegen zu wirken
Brennstoffe: Förderung entfällt für Kohle; Bonuszuschlag, falls Kohle für Wärmeeinspeisung in öffentlichen Netzen ersetzt wird
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3. KWK-Novelle 2016 bei Neubau und Modernisierungen
5,41ct/kWh
für
60.000VBSt
4,00 ct/kWh
für
30.000VBSt
2,40ct/kWh
für 30.000VBSt
1,8 ct/kWhfür 30.000VBSt
+ 1,3 ct/kWh
4.800 €
+ 2,00 ct/kWh + 0,3 ct/kWh
+ 2,59 ct/kWh
Aufteilung der Leistungsklasse
8,00ct/kWh
5,00ct/kWh 4,40
ct/kWh3,40ct/kWh
Kompensation EZH*
bis 50 kW
250 kW -2 MW
ab 2 MW
100 -250 kW
bis 2 kW(Option pauschalierte Zahlung)
4,00 ct/kWh
für
30.000VBSt
6,00ct/kWh
50 -100 kW
+ 2,00 ct/kWh + 1,00
ct/kWh
EZH = EmissionszertifikatehandelVBSt = Volllastbetriebsstunden
Quelle: AGFW/JM
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Zusätzlich unter KWKG 2016
KWKG 2012
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4. Ziele und Fragestellungen
Analyse der umfassenden Neuregelungen des KWKG 2016 im Hinblick auf die dadurch gesetzten Investitionsanreize für KWK-Anlagen.
Fokus liegt dabei auf der gekoppelten Elektrizitäts-Wärme-Versorgung von Wohngebäuden.
Ansatz entwickelt, welcher es gestattet, die Implikationen der unterschiedlichen KWK-Politiken aus einzelwirtschaftlicher Sicht,
und bei einem hohen Detaillierungsgrad technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Aspekte,
für unterschiedliche Aggregationsebenen von Versorgungssystemen – vom Einzelgebäude bis hin zum Quartier – zu bewerten.
Der entwickelte Bewertungsansatz ist zur Beantwortung u. a. nachstehender Fragen geeignet:
Wie ist ein ausgabenminimales dezentrales Wärmeversorgungssystem eines Nachfrageobjekts unter dem Vergütungsregime des KWKG 2012 bzw. KWKG 2016 beschaffen?
Welches ist dabei die optimale Auslegung und Fahrweise der Anlagenkomponenten wie der KWK-Einheit und des Wärmespeichers?
Welches sind die wirtschaftlichen, technischen und ökologischen Implikationen auch gegenüber einem Referenzversorgungssystem?
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4. Methodik
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4. Methodik: Spezifische Investition
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4. Methodik: Preisentwicklungen
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Schlesinger et al. 2014
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4. Technische Bewertungskennzahlen
Elektrischer Energieautarkiegrad:
Elektrischer Eigenverbrauchsanteil
Normierter Netzinteraktionsindex
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4. Anwendungsfälle
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Anwendungsfall/
Nachfrageobjekt
Fallbezeichnung Anzahl
Haushalte
Jahresheizwärme-
bedarf (MWhth/a)
Jahreselektrizitäts-
bedarf (MWhel/a)
Einfamilienhaus EFH_1a 1 17,5 2,29
Einfamilienhaus1 EFH_1b 1 17,5 2,92
Straßenzug EFH_13 13 227,6 29,8
Mehrfamilienhaus MFH_13 13 55,4 29,8
Block EFH_100 100 1.750,8 229,0
Block MFH_100 100 426,5 229,0
Siedlung EFH_204 204 3.573,2 467,1
Quartier EFH_1000 1000 17.508,4 2.289,7
1 Das Einfamilienhaus EFH_1b unterscheidet sich von dem Einfamilienhaus EFH_1a in der Bewohnerstruktur. So weist das EFH_1a bzw.
EFH_1b eine Bewohneranzahl von 2 bzw. 4 auf.
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5. Ergebnisse: Wirtschaftlichkeit
23.06.2016
� Umkehr der Wirtschaftlichkeit in allen Anwendungsfällen mit einer KWK-Anlagen
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5. Ergebnisse: Installierte Kapazitäten
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� Erhöhung der Zuschlagsdauer auf 60.000 bei Kapazität < 50 kWel entscheidend
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5. Ergebnisse: Energieautarkie
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� Kombination aus Kapazitäts- und Erzeugungsänderungen wirkt sich unterschiedlich auf die Energieautarkieindikatoren auf
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5. Ergebnisse: Netzinteraktion
23.06.2016
� Kombination aus Kapazitäts- und Erzeugungsänderungen wirkt sich in ähnlicher Weise auf die Netzinteraktion auf
NIInorm
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5. Ergebnisse: CO2 Emissionen
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� Vermiedene CO2-Emissionen durch KWK abhängig von der Erzeugung sowie dem nationalen Energiemix
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5. Sensitivitätsanalyse
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� Robustheit der ökonomischen Vorteilhaftigkeit durch die Förderung nach dem KWKG 2016 gegenüber dem KWKG 2012 gegeben
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6. Kritische Würdigung
Beschränkungen auf:
Verbrennungsmotoren
Haushalte
Erstmalige Inbetriebnahme
Wechselwirkungen mit anderen Technologien und Förderregimen
Perfekte Voraussicht und statische Eingangsparameter (Last,
Preismuster, Elektrizitätsmix)
Nahwärme: vereinfachte Abbildung des Betreibermodells
Betriebswirtschaftliche und nicht volkswirtschaftliche Sicht
Keine Berücksichtigung anderer energiepolitischen Veränderungen,
bspw. Stromsteuer 23.06.2016 Das KWK-G 2016 und die Bewertung seiner
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7. Fazit und Ausblick
Übertragbare Methodik für Bewertung aus BWL- bzw. Haushaltssicht entwickelt
Umkehr der Wirtschaftlichkeit wegen gegenläufiger Abhängigkeit der Zuschlagsdauer und der Anlagenkapazität:
Vorteilhaftigkeit im mittleren Leistungsbereich (13 und 100 HH)
Nachteiligkeit in den größten Objekten (204 und 1000 HH)
EFH bleiben unverändert: keine KWK-Anlagen wegen Größe
Fälle mit 100, 204 und 1000 HH sind Konfliktfälle:Groß genug für eine wirtschaftliche KWK Anlage
Aber Anlagen würden den Zuschlag für nur die Hälfte der Zeit erhalten
Mit Ausnahme des MFH-Falls reduzieren sich daher der Autarkiegrad und die Netzinteraktion und erhöht sich der Eigenverbrauchsanteil
Für die Fälle mit 13 Haushalten ist diese Tendenz genau umgekehrt
Ausblick:Erweiterung auf andere Gebäude, Leistungsbereiche und Technologien
Nahwärmeversorgungsfälle genauer analysieren
Volkswirtschaftliche Auswirkungen in einem Energiesystemmodell näher untersuchen
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Ausgewählte eigene Literatur
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Hofmann, L., McKenna, R., Fichtner, W. (2016): Development of a multi-energy residential service demand model for evaluation of prosumers’ effects on current and future residential load profiles for heat and electricity, Working Paper Series in Production and Energy, No. 11, February, IIP, KIT, http://www.iip.kit.edu/img/Hofmannetal_WP_Feb2016.pdf, checked 16.02.16
Killinger, S., Mainzer, K., McKenna, R., Kreifels, N., Fichtner, W. (2015): A regional optimisation of renewable energy supply fromwind and photovoltaics with respect to three key energy-political objectives, Energy, Available online 11 April 2015, ISSN 0360-5442, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2015.03.050 .
McKenna, R., Hofmann, L., Merkel, E., Fichtner, W., Strachan, N. (2016a): Analysing socioeconomic diversity and scaling effects on residential electricity load profiles in the context of low carbon technology uptake, accepted in Energy Poilicy, Juni 2016
McKenna, R., Merkel, E., Fichtner, W. (2016b): Energy autonomy in residential buildings: a techno-economic model-basedanalysis of the scale effects, Applied Energy (in press)
McKenna, R., Herbes, C., Fichtner, W. (2015): Energieautarkie: Vorschlag einer Arbeitsdefinition als Grundlage für die Bewertung konkreter Projekte und Szenarien, Z Energiewirtsch, 39, 4, DOI 10.1007/s12398-015-0164-1.
Merkel, E., Fehrenbach, D., McKenna, R., Fichtner, W. (2014): Modelling decentralised heat supply: An application andmethodological extension in TIMES, Energy 73, 592-605, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2014.06.060 .
Merkel, E., McKenna, R., Fichtner, W. (2015): Optimisation of the capacity and the dispatch of decentralised micro-CHP systems: a case study for the UK, Applied Energy, 140, 120-134.
Merkel, E., Kunze, R., McKenna, R., Fichtner, W. (2016): Modellgestützte Bewertung des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes 2016 anhand ausgewählter Anwendungsfälle in Wohngebäuden, Working Paper Series in Production and Energy, No. 15, June, IIP, KIT, http://www.iip.kit.edu/img/WorkingPaper-Modellgest%C3%BCtzte%20Bewertung%20des%20Kraft-W%C3%A4rme-Kopplungsgesetzes%202016%20anhand%20ausgew%C3%A4hlter%20Anwendungsf%C3%A4lle%20in%20Wohngeb%C3%A4uden.pdf. (bei der Zeitschrift für Energiewirtschaft im Mai 2016 eingereicht)
McKenna, R., Merkel, E., Fehrenbach, D., Mehne, S., Fichtner, W. (2013): Energy efficiency in the German residential sector: a bottom-up building-stock-model-based analysis in the context of energy-political targets, Building and Environment, 62, 77-88, [PDF] .
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