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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

23.06.2016 Das KWK-G 2016 und die Bewertung seiner wirtschaftlichen Bedeutung für Wohngebäude


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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


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


Schlesinger et al. 2014


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4. Technische Bewertungskennzahlen

Elektrischer Energieautarkiegrad:

Elektrischer Eigenverbrauchsanteil

Normierter Netzinteraktionsindex



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4. Anwendungsfälle

23.06.2016

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

23.06.2016

� Erhöhung der Zuschlagsdauer auf 60.000 bei Kapazität < 50 kWel entscheidend



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5. Ergebnisse: Energieautarkie

23.06.2016

� 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


� Vermiedene CO2-Emissionen durch KWK abhängig von der Erzeugung sowie dem nationalen Energiemix


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5. Sensitivitätsanalyse

23.06.2016

� 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

wirtschaftlichen Bedeutung für Wohngebäude


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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

Fehrenbach, D., Merkel, E., McKenna, R., Karl, U., Fichtner, W. (2014): On the economic potential for electric load management in the German residential heating sector – an optimising energy system model approach, Energy, online first, http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2014.04.061 .

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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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt: Dr. Russell McKenna

[email protected]

0721 6084 4582


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