Technische Fachhochschule Berlin
Fachhochschule für Wirtschaft Berlin

Anlagendimensionierung und Wirtschaftlichkeitsanalyse eines BHKW im Rapsöl -
Betrieb unter Berücksichtigung des neuen Energiesteuergesetzes

Diplomarbeit
zur Erlangung des Grades einer Diplom-Wirtschaftsingenieurin (FH)

vorgelegt von: Nezihe Erul
vorgelegt am:  27.Oktober 2006

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ... I
Abbildungsverzeichnis ... IV
Tabellenverzeichnis ... V
Abkürzungsverzeichnis ... VI

1 Einleitung ... 1

1.1 Problemaufriss und Zielsetzung ... 1
1.2 Vorgehen und Aufbau der Arbeit ... 2
1.3 Thematische Abgrenzung ... 3

2 Einblick in die Technik der BHKW ... 4

2.1 Von der Kraft-Wärme-Kopplung zum BHKW ... 4
2.1.1 Betriebsweisen von Dampfkraftwerken ... 8
2.1.2 Gasturbinen mit Abhitzenutzung ... 11
2.1.3 GuD-Anlagen ... 13
2.1.4 Innovative Prozesse ... 14

2.2 Grundlagen der BHKW-Technik ... 19
2.2.1 Begriffsdefinition ... 19
2.2.2 Anlagenkomponenten ... 21
2.2.3 Brennstoffe ... 31
2.2.4 Betriebsarten ... 32

2.3 Pflanzenöl-BHKW ... 32
2.3.1 Pflanzenöltaugliche Motoren ... 33
2.3.2 Abgasemissionen ... 36

2.4 Umweltaspekte ... 41

2.5 Einsatzgebiete ... 42

3 Brennstoff: Rapsöl ... 44

3.1 Stoffeigenschaften und Qualitätssicherung ... 44
3.2 Entwicklung des Rapsöls bis heute ... 50
3.3 Rapsölgewinnung ... 51

4 Rechtliche und steuerliche Rahmenbedingungen für BHKW ... 56

4.1 Genehmigungsrechtliche Grundlagen ... 56
4.1.1 Baurechtliche Genehmigung ... 56
4.1.2 Immissionsschutzrechtliche Genehmigung ... 57
4.1.3 Genehmigung nach dem KWK-Gesetz ... 58
4.1.4 Anmeldung beim örtlichen Stromversorgungsunternehmen ... 59

4.2 Emissionsbegrenzungen ... 59
4.2.1 Schadstoffemissionen ... 59
4.2.2 Lärm- und Erschütterungsschutz ... 60

4.3 Steuerrechtliche Grundlagen ... 61
4.3.1 Mineralölsteuer (MinöStG) ... 61
4.3.2 Stromsteuer (StromStG) ... 62
4.3.3 Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKModG) ... 63
4.3.4 Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ... 64
4.3.5 Energiesteuergesetz (EnergieStG) ... 67

5 Auslegung des BHKW ... 72

5.1 Anlagendimensionierung ... 72
5.2 Dimensionierung der Brennstoffmengen ... 77
5.3 Angebote ... 79

6 Wirtschaftlichkeitsanalyse der BHKW ... 82

6.1 Aufbau und Vorgehensweise der Wirtschaftlichkeits-berechnung ... 82

6.2 Technische Daten ... 83
6.2.1 Leistungsdaten der BHKW-Module ... 83
6.2.2 Betriebsdaten der BHKW-Module ... 84

6.3 Wirtschaftliche Daten ... 85
6.3.1 Investitionskosten ... 85
6.3.2 Betriebskosten ... 88

6.4 Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ... 100
6.4.1 Statische Investitionsrechenverfahren ... 100
6.4.2 Dynamische Investitionsrechenverfahren ... 104

6.5 Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ... 109

7 Alternativbetrachtungen ... 116

7.1 Wirtschaftlichkeitsberechnung mit niedrigem Rapsölpreis ... 117
7.2 Wirtschaftlichkeitsberechnung mit höherem Rapsölpreis ... 122
7.3 Vergleich von best und worst case ... 124

8 Ergebnisauswertung der Alternativen und kritische Würdigung ... 126

9 Zusammenfassung und Ausblick ... 128

Literaturverzeichnis ... 130

Anhang A: Technische Bilder, Abbildungen, Verfahren ... 140
Anhang B: Projekt Mahler System ... 151
Anhang C: Genehmigungsrechtliche Anträge und Formblätter ... 155
Anhang D: Höhe und Dauer der Zuschläge für KWK-Strom ... 164
Anhang E: Stellungnahme zum Energiesteuergesetz ... 165
Anhang F: Abbildungen zum Auslegungsverfahren von BHKW ohne Verbrauchsdaten ... 167
Anhang G: Angebote der BHKW-Anlagen ... 170
Anhang H: Wartungsverträge ... 206
Anhang I: Preisangebote für Rapsöllieferungen ... 219
Anhang J: Preisangebote für Tankanlagen ... 228
Anhang K: Wirtschaftlichkeitsberechnungen mit 60 Cent/Liter ... 234
Anhang L: Wirtschaftlichkeitsberechnungen mit 70 Cent/Liter ... 241
Anhang M: Jahreskostenüberschüsse bei Steigerung des Rapsöl- und Erdgaspreises ... 253
Anhang N: best und worst case ... 258
 

1 Einleitung

1.1 Problemaufriss und Zielsetzung

In unserem Zeitalter ist die Energie von besonderer Wichtigkeit. Sie ist eine grundlegende Ressource für Wohlstand, Sicherheit und Unabhängigkeit. Sie treibt Maschinen an, befördert Menschen, ermöglicht die Zubereitung von Nahrung, spendet Wärme und Licht, unterstützt den Zugang und die Aufbereitung von Informationen und erspart somit Zeit. Eine Lebensform ohne sie, ist für uns unabdingbar und weltweit stehen wir vor einer steigenden Energienachfrage.

Die heutige Energieversorgung bringt jedoch zahlreiche und viel diskutierte Probleme mit sich. Die Verbrennung fossiler Energierohstoffe - Kohle, Öl und Erdgas - setzen Schadstoffe und Kohlendioxide (CO2) frei. Die Folgen sind bekannt: Stickoxide verursachen sauren Regen und sind für das Waldsterben verantwortlich, Kohlendioxide wirken als „Klimagase“ und können zu weit reichenden Veränderungen des Weltklimas führen. Wir können vermehrt Stürme und Hochwasserereignisse, sowie andere Naturkatastrophen beobachten. Zudem sind die heutigen fossilen Energierohstoffe nicht unendlich, sie werden nach und nach zur Neige gehen. Der energetischen Nutzung von Biomasse kommt daher unter den Aspekten des Klimaschutzes, der Ressourcenschonung und der effizienten Energienutzung eine wachsende Bedeutung für die Energieversorgung zu.

Darüber hinaus wird in Deutschland für das Beheizen von Gebäuden etwa ein Drittel des Endenergieverbrauchs aufgewendet. Dies ist eine große Menge, um hier Einsparungen und Effizienzverbesserungen durchzuführen. Energieeffizienz ist heute in allen Bereichen unserer Gesellschaft ein wichtiges Thema. Letztendlich bedeutet Energieeffizienz auch eine Reduzierung von klimarelevanten Emissionen und damit praktizierten Klima- und Umweltschutz.

Um Klima- und Umweltproblemen entgegenzuwirken, werden verstärkt regenerative Energien eingesetzt. Auch Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen tragen zum Klimaschutz bei. Durch die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom sind sie unbestritten eine ressourcenschonende Art der Nutzenergie-Bereitstellung. Sie ermöglichen bei gleichem Brennstoffeinsatz höhere Wirkungsgrade und dadurch mehr Energiegewinn. Die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme durch ein Pflanzenöl, wirkt außerdem der stärker wachsenden Abhängigkeit an Öl und Gas entgegen.

Die Zielsetzung dieser Diplomarbeit besteht zu einem darin, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) im Rapsöl-Betrieb anhand der Verbrauchscharakteristik des Kunden Stift Tilbeck GmbH der EMS Energieconsulting zu dimensionieren, zum anderen die Wirtschaftlichkeit zu beurteilen. Die Diplomarbeit zielt auf eine sehr praxisnahe Betrachtung und Beurteilung des Vorhabens. Deshalb sollen bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung möglichst wenige Annahmen getroffen und dafür mehr Angebote aus der Praxis berücksichtigt werden. Daher soll die Analyse der Wirtschaftlichkeit an mehreren BHKW-Anlagen durchgeführt werden. Die Diplomarbeit soll herausarbeiten, ob sich der Betrieb eines Rapsöl-BHKW im Gegensatz zum Erdgas-Betrieb mit den heute gegebenen Rahmenbedingungen rechnet. Zu diesen Rahmenbedingungen gehören insbesondere die steuerlich rechtlichen, sowie politischen Gesetzgebungen. Hauptsächlich ist es auch die Aufgabe herauszufinden, ob das neue Energiesteuergesetz, welches während der Erarbeitung dieser Diplomarbeit in Kraft getreten ist, grundlegende Veränderungen für Pflanzenöl-BHKW mit sich bringt.

Zusätzlich soll die Arbeit auch Rahmenbedingungen vorgeben, zuletzt auch angeregt durch die Änderung der Energiesteuer, indem verbesserte oder verschlechterte Situationen untersucht werden.

Die Diplomarbeit soll kurz gefasst bei der Planung des Betriebes eines Rapsöl-BHKW alle hierfür notwendigen und weiterhin alle rechtlichen Schritte aufzeigen, sowie die wirtschaftlichen Vorteile und Nachteile aufweisen.
 

1.2 Vorgehen und Aufbau der Arbeit

Nachdem der Problemaufriss und die Zielsetzung dieser Diplomarbeit und der Notwendigkeit des Handelns im Bereich der Ressourceneinsparungen durch das einführende Kapitel 1 aufgezeigt wird, wird in Kapitel 2 der Einblick in die Technik der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) gewährt. In diesem Abschnitt wird vorerst die Technik der KWK, deren Betriebsweisen und auch innovative Prozesse wie Stirling-Motoren und Brennstoffzellen vorgestellt. Die Anwendung der KWK-Technik in den Blockheizkraftwerken und insbesondere der Unterschied von Pflanzenöl-BHKW werden aufgezeigt. Auch werden hier die Umweltaspekte berücksichtigt. Weiterhin wird in Kapitel 3 der Brennstoff Rapsöl in seinen Stoffeigenschaften, dessen Herstellung und kurze Geschichte näher vorgestellt. In dem darauf folgenden Kapitel 4 werden alle rechtlichen und steuerlichen Rahmenbedingungen vorgestellt und klar definiert, welche unbedingt einzuhalten sind. Nach der Dimensionierung der Anlage durch Verbrauchsdaten im Kapitel 5 werden weiterhin in diesem Kapitel die angefragten Angebote von verschiedenen BHKW-Herstellern zusammengetragen. Das Kapitel 6 beinhaltet die Wirtschaftlichkeitsanalyse der BHKW. In diesem Kapitel werden die technischen sowie wirtschaftlichen Daten detailliert aufgewiesen und im Anschluss die statischen und dynamischen Investitionsrechenverfahren erläutert und ebenfalls werden die Ergebnisse der Anwendung präsentiert. Um auf eine Gesamtbetrachtung bei veränderten Rahmenbedingungen zu gelangen, werden in dem Kapitel 7 Alternativbetrachtungen durchgeführt, die mit dem Höhepunkt des best und worst case abgeschlossen werden. Des Weiteren erfolgen in Kapitel 8 die Ergebnisauswertung der Alternativbetrachtungen und deren kritische Würdigung. Das abschließende Kapitel 9 rundet, durch eine Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnisse und einen Ausblick, die vorliegende Arbeit ab.

In diesem Zusammenhang wird auf den Anhang verwiesen, indem textbegleitende Abbildungen, Informationen, Form- und Antragsblätter, Angebote der BHKW-Anlagen, sowie Angebote zur Rapsöllieferungen, Tankanlagen und ebenso die betrachtenden Wirtschaftlichkeitsberechnungen vorzufinden sind.
 

1.3 Thematische Abgrenzung

Diese Diplomarbeit strebt die Betrachtung von BHKW mit dem Brennstoff Rapsöl an. Die konventionelle Versorgungsart im Erdgas-Betrieb wird in der Betrachtung nur zum Vergleich herangezogen. Im Rahmen dieser Arbeit wird kein Vergleich der unterschiedlichen Brennstoffe angestrebt, sondern lediglich die Wirtschaftlichkeit der BHKW-Anlagen im Rapsöl-Betrieb.

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