Brennstoffzellen-Heizgeräte im Bremer Haus

Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse moderner Kraft-Wärme-Kopplung im Gebäudebestand


Masterarbeit, 2012
70 Seiten, Note: 1,8

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Problemstellung und Einordnung der Arbeit

3. Untersuchungsthesen

4. Untersuchungsmethode
4.1. Empirische Erhebung
4.2. Kurzverfahren Energieprofil
4.3. Einordnung der Wirtschaftlichkeitsberechnung
4.3.1. Kosten der eingesparten Kilowattstunde Energie
4.3.2. Annuitätenmethode

5. Theoretischer Hintergrund
5.1. Dezentrale Energieversorgung durch BZH
5.2. Energetisches Sanieren
5.3. Rechtliche Rahmenbedingungen
5.4. Fördermittel
5.5. Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) - Funktion und Kosten
5.6. Bremer Haus als Einsatzobjekt für BZH
5.6.1. Bremer Haus, Typ 1 (BH1)
5.6.2. Bremer Haus, Typ 2 (BH2)
5.6.3. Bremer Haus, Typ 3 (BH3)
5.6.4. Bremer Haus, Typ 4 (BH4)
5.7. Potenziale virtueller Kraftwerke - eine Aussicht

6. Bilanzierung / Wirtschaftlichkeit
6.1. Erklärung der Datenberechnung
6.2. Bedarfskalkulation
6.3. Annuitäten-Methode
6.4. Kosten der eingesparten Kilowattstunde Energie
6.5. Sensitivitätsanalyse

7. Auswertung der Ergebnisse und Handlungsempfehlung

8. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Anhang

1. Einleitung

Ziel dieser Untersuchung ist es zu analysieren, für welchen Typ Bremer Haus ein auf Kraft-Wärme Kopplung basierendes Brennstoffzellen-Heizgerät (BZH) ökonomisch, unter Berücksichtigung entsprechender energetischer Sanierungsmaßnahmen, geeig- net ist. Dabei werden vier Typen des Bremer Hauses mit einer Umrüstung auf BZH un- tersucht, die sich in ihrer Wohngröße unterscheiden. Die Auswahl der Häusertypen findet auf Basis einer von Axel Vos (2004) durchgeführten Typisierung statt. Diese vier Typen werden jeweils mit konventionellen, etablierten Heiz- und Wärmeanlagen ver- glichen. Es werden vier Analyseschritte durchgeführt. Erstens die Erstellung von Ener- giebilanzen der Häusertypen, zweitens die Ermittlung der Energieverbrauchs- und Energiekostenwerte, drittens eine Wirtschaftlichkeitsanalyse auf Basis der Annuitä- tenmethode und viertens eine Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung relevanter Einfluss- faktoren. Die Optimierungsmöglichkeit der Anlagenkopplung, also das Betreiben von einer Anlage für zwei Bremer Häuser bzw. dem Betreiben von so genannten virtuellen Kraftwerken, welche beim Einsatz von Brennstoffzellen-Heizgeräten oft in Betracht genommen wird, soll als Teilaspekt betrachtet werden. Ziel und Ergebnis der verglei- chenden Untersuchung soll eine nachvollziehbare Handlungsempfehlung für Hausbe- sitzer sein, ob der Kauf und der Einsatz von BZH-Anlagen eine adäquate Lösung bzw. Alternative sein kann, wirtschaftlich sinnvoll Strom zu erzeugen und zu heizen.

Die Ausgangslage, auf der meine Forschungsmotivation beruht, ist die, dass die Neueinführung der BZH-Anlagen auf Einfamilienhäuser konzipiert ist. Es stellt sich die Frage, ob das Bremer Haus in seiner Bauweise eine prädestinierte Objektform für BZHAnlagen darstellt. Die Tatsache, dass die Häuser baulich gesehen direkt aneinander liegen, macht sie unter Umständen dafür geeignet, ein sogenanntes virtuelles Kraftwerk gemeinsam zu betreiben. Gleichzeitig kann die Bauweise des Bremer Hauses auch ein Hemmnis für den Einsatz darstellen, als dass notwendige Sanierungsmaßnahmen, die den Heizwärmebedarf senken, durch Bauweise und Denkmalschutz nicht möglich sind bzw. nur eingeschränkt umsetzbar sind.

2. Problemstellung und Einordnung der Arbeit

Die Stadtentwicklung wird aktuell geprägt und beeinflusst durch die nachhaltige Ener- gieversorgung. Als zentrales Thema von Einsparpotenzialen und Effizienzsteigerungs- maßnahmen werden die energetischen Sanierungen von Altbauten und die energeti- schen Richtlinien gesehen. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) stellt sich im Bereich Energieeffizienz mit Wirkungsgraden von teilweise über 90 % als besonders interessant dar. Um neben der erzeugten Energie und Wärme die Überschüsse ins Netz einspeisen zu können, werden dezentrale Versorgungsstrukturen ausgebaut. Der Ausbau solcher Strukturen ist wichtig für die Etablierung von dezentraler Versorgung durch Kraft- Wärme-Kopplung, da Einspeisung und kurzfristiger Energiebezug vom Netz Vorausset- zung für den wirtschaftlichen Einsatz und vollständige Bedarfsdeckung ist (siehe Kapi- tel 5.1).

Das Brennstoffzellen-Heizgerät (BZH) stellt sich aktuell als zukunftsfähige Technologie der Energie- und Wärmeversorgung für Einfamilienhäuser heraus (vgl. Jungbluth, 2006, S.1). Die Markteinführung ist für 2012 geplant und die zurzeit laufenden Praxistests untersuchen das BZH auf eine als lohnenswert zu beurteilende Amortisationszeit. Grundsätzlich stellt sich die Schwierigkeit der noch nicht erfolgten Markteinführung dar. Die zurzeit noch sehr teuren Brennstoffzellenstacks (die Zellstapel der Brennstoff- zellen) werden immer weiter entwickelt und erst eine große Produktion der Elemente kann die Markteinführung wirtschaftlich und möglich machen. Ebenso ist eine genaue Prognose der Energiepreisentwicklung, der Subventionsentwicklung und den Bedarfs- strukturen schwer voraussehbar. Es findet in der Untersuchung also eine Vielzahl von Abschätzungen der Preise statt, was bei der Ergebnisinterpretation immer zu berück- sichtigen ist. Die Anwendung der dynamischen Methode der Annuitätenanalyse erfor- dert eine genaue Festlegung von Werten, um die Entwicklung für den Betrachtungs- zeitraum zu bestimmen. Es ist also von vornherein festzulegen, dass die Ergebnisse auf teilweise geschätzten Werten basieren und demnach eine richtungsweisende Hilfestel- lung für Entscheidungen darstellen, in keinem Fall jedoch als klarer Entscheidungsfak- tor gesehen werden können. Diese Untersuchung dient als grundsätzliche Antwort auf die Frage, wie sich die betrachteten Einflussfaktoren beim Bremer Haus auf die Wirt- schaftlichkeit von Brennstoffzellen-Heizgeräten auswirken. Ein positives Ergebnis soll den Hausbesitzer also dazu ermutigen sich mit einer energetischen Bewertung und einer individuellen Analyse seines Hauses in Bezug auf den Einsatz von BZH auseinan- derzusetzen und in Betracht zu ziehen.

3. Untersuchungsthesen

Im Zuge der Arbeit sollen Thesen untersucht werden, die mit Hilfe der Literaturrecherche aufgestellt wurden. Dabei handelt es sich um Thesen in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Brennstoffzellen-Heizgeräten.

1. Ein Brennstoffzellen-Heizgerät kann alle vier zu untersuchenden Typen des Bremer Hauses im Jahresmittel vollständig mit Strom versorgen.
2. Ein Brennstoffzellen-Heizgerät kann alle vier zu untersuchenden Typen Bremer Haus im Jahresmittel vollständig mit Heiz- und Warmwasserwärme versorgen.
3. Das BZH ist nach einer Bewertung der vier Gebäudetypen durch das Kurzver- fahren Energieprofil und die Annuitätenmethode ökonomisch sinnvoller als die zu vergleichende konventionelle Versorgung von Strom und Wärme.
4. Die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellen-Heizgeräte steigt mit zunehmender Gebäudegröße. Für die Gebäude BH1 und BH2 ist keine Wirtschaftlichkeit ge- geben, wohingegen BH3 und BH4 sich als wirtschaftlich herausstellen.
5. Die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellen-Heizgeräte ist in großem Maße von den Investitionskosten abhängig.

4. Untersuchungsmethode

Um die Einordnung des Szenarios Brennstoffzellen-Heizgerät im Bremer Haus, mit möglichem Einsatz virtueller Kraftwerke durch Anlagenkopplung, in die aktuelle Diskussion zum generellen Einsatz von Blockheizkraftwerken und dezentraler Energieversorgung vornehmen zu können und anschließend auch zu bewerten, ist eine umfangreiche methodische Forschung von Nöten.

Als Herangehensweise und angewandte empirische Methoden werden folgende Schritte durchgeführt:

Literatur-, sowie Internetrecherche, Expertenbefragung

- Die Befragung von Hauseigentümern zur Gewinnung der relevanten Daten zur Erstellung der Energieprofile der Häusertypen,
- Erstellung von Bedarfsabschätzungen, der Energiekosten und Einspeisevergü- tungen,
- Die dynamische Wirtschaftlichkeitsanalyse mit Hilfe der Annuitätenmethode
- Sensitivitätsanalyse zur Abschätzung der Einflussfaktoren

Die qualitativen Befragungen von Experten aus den Bereichen Energiewirtschaft, Ge- bäudesanierung, Energiegutachten sowie Gespräche mit Hauseigentümern sollen die relevanten Informationen für die Einordnung des Themas in die aktuelle wissenschaft- liche Diskussion bringen. Als Gegenstand der Befragung wird das Forschungsproblem, also die potenzielle Etablierung von Brennstoffzellen-Heizgeräten in Bremer Häusern als Energie- und Wärmelieferant, betrachtet. Dabei sollen Einschätzungen der Exper- ten als Hilfestellung dienen das Thema und die Bearbeitung zu konkretisieren. Die Re- cherche hat gezeigt, dass entsprechende energetische Sanierungen der Wohngebäude nötig sind, um eine ökonomisch sinnvolle Nutzung von Brennstoffzellen-Heizgeräten zu ermöglichen. Daher wird bei der Untersuchung eine, wie eben erwähnt, energetische Sanierung des Bremer Hauses vorausgesetzt. Es wird ein durchschnittliches Energie- profil für die Häusertypen erstellt, um grundsätzliche Handlungsempfehlungen zu ge- ben.

Die Herangehensweise an die Untersuchung der Fragestellung erfolgt in verschiedenen Phasen. (Phase 1) Aufbauend auf einem Forschungsexposé wird das Forschungs- problem noch einmal deutlich formuliert, die wissenschaftliche Literatur gesichtet und Untersuchungsthesen aufgestellt. (Phase 2) Bei der Weiterentwicklung und Konstruk- tion der Fragebögen (Erhebungsinstrument) auf Basis des Kurzverfahrens Energieprofil (Kapitel 4.1) werden die Begriffe genauer definiert und das Konzept im Detail erarbei- tet. Die Untersuchungsebene und das Untersuchungsdesign werden in der exakten Ausarbeitung der Befragung festgelegt. Die schon mit ca. 30-40 (Stichprobenumfang) zu befragende festgelegte Population muss genau definiert werden. Dabei sollen mög- lichst unterschiedliche Hauseigentümer befragt werden, sowie ein möglichst breites Spektrum des zu untersuchenden Feldes abgedeckt werden. Sobald der Fragebogen genau definiert und festgelegt ist, muss ein Pretest, also ein Test des Erhebungsverfah- rens, durchgeführt werden. Ist dieser Test positiv verlaufen, erfolgt der nächste Schritt (Phase 3).

Die Datenerhebung durch die schriftlichen Fragebögen wird in methodischer Form als Befragung an der Tür durchgeführt. Neben der Durchführung der Befragung findet die Beschaffung der weiteren relevanten Daten für die Annuitätenmethode statt. Anschließend erfolgt (Phase 4) der Aufbau eines analysefähigen Datenfiles, wobei eine Fehlerkontrolle, -korrektur und -bereinigung stattfindet. Es wird eine Aufarbeitung der Daten entwickelt, was zur statistischen Datenanalyse verwendet wird und anhand dessen die in Phase 1 entwickelten Untersuchungsthesen überprüft werden. Die Datenanalyse erfolgt in Form von Excel-Tabellen welche die Daten beinhalten, die zuvor gesammelt und archiviert wurden. Anhand dieser Datenanalyse wird eine Zusammenhangsanalyse mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse durchgeführt.

Abschließender Teil der Arbeit (Phase 5) wird die in Textform durchgeführte Aufarbei- tung der Forschungsergebnisse sein und es findet die Verknüpfung der empirischen und statistischen Daten statt. Es wird als Ergebnis eine praktische Umsetzung der ge- wonnenen Daten in Form von Handlungsempfehlungen für den Einsatz von Brenn- stoffzellen-Heizgeräten im Bremer Haus geben (vgl. Diekmann, 2006, S.166f).

4.1. Empirische Erhebung

Als empirische Methode zur Ermittlung durchschnittlicher Energiebedarfswerte für die Warmwasser- und Heizenergiebereitstellung, wurde das in Kapitel 3.2 genauer erklärte Kurzverfahren Energieprofil von Loga et al., 2005 gewählt. Mit Hilfe des Fragebogens wurden entweder direkt an der Haustür oder durch Abgabe und späte- res Abholen des Fragebogens etwa sechs bis zehn Bögen pro Typ Bremer Haus ausge- füllt und ausgewertet. Mittels der Daten wurden Mittelwerte der relevanten Daten und feste Eigenschaften der Häuser festgelegt. Diese sind zur Berechnung des Gesamt- heizwärmebedarfs, also des Energiebedarfs für die Heizung und Bereitstellung von Warmwasser, in der Wirtschaftlichkeitsanalyse nötig. Daraus entstehen die Energie- profile der Häusertypen, welche in Kapitel 5.6.1 ff. beschrieben werden. Auf Grundlage dieser Profile wird mit dem von Loga et al., 2005 entwickelten Kurzverfahrens die Be- rechnung durchgeführt.

Die anonymisierten Ergebnisse der durchgeführten Befragung sind im Folgenden tabel- larisch aufgeführt. Die daraus abgeleiteten Durchschnittswerte werden in Kapitel 5.6 ff. zusammengefasst. Da es bei der Kategorie „Energieverbrauch laut der letzten Ab- rechnung“ zu wenig Antworten bzw nicht nachvollziehbare Nennungen gibt, stützen diese Zahlen sich auf Studien zu Durchschnittsverbräuchen in Bremen (vgl. Techem, 2003). Ebenso werden Fenstereinbau und Dämmung pauschal genannt, da energeti- sche Maßnahmen, wie in der Einleitung definiert, als Voraussetzung gegeben sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Empirische Befragung BH1

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Tabelle 2: Empirische Befragung BH2

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Tabelle 3: Empirische Befragung BH3

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Tabelle 4: Empirische Befragung BH4

Abkürzungen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.2. Kurzverfahren Energieprofil

Die energetische Bewertung dieser Typen des Bremer Hauses findet mit Hilfe eines vereinfachten, statistisch jedoch abgesicherten Verfahrens zur Erhebung von Gebäu- dedaten für die energetische Bewertung von Gebäuden statt. Das „Kurzverfahren Energieprofil“ (Loga et al., 2005) wurde gewählt, da es eine schnelle, aber dennoch relativ ergebnisgenaue Untersuchung ermöglicht, die sich für diese Forschungsfrage gut eignet.

Bei diesem Kurzverfahren Energieprofil wird bei den vom Institut für Wohnen und Umwelt durchgeführten Berechnungen auf einen zuvor erhobenen Datensatz von 5551 untersuchten Gebäuden zurückgegriffen. Der Gesamtdatensatz wurde einem Plausibi- litätstest unterzogen wonach sich eine Menge von n=4016 Gebäuden als verwertbarer Bestand ergibt. Die Daten dieser Gebäude werden für Durchschnittswerte genutzt, welche in dem Kurzverfahren eingesetzt werden, um Daten für das neue Energieprofil mit einer Standardabweichung von 15 % (bezogen auf den durch die Realflächen beeinflussten Transmissionswärmeverlust) zu ermitteln (vgl. Loga et al., 2005,S 3f). Durch diese Durchschnittswerte können, selbst bei geschätzten Angaben der Gebäudeinhaber, sinnvoll nutzbare Ergebnisse erzielt werden.

Die ermittelten Daten basieren auf einer in drei Abschnitte aufgeteilte Befragung der Hauseigentümer.

Der erste Abschnitt der Befragung ist das Flächenschätzverfahren. Hierbei wird mit Hilfe von wenigen Daten die Abschätzung der Bauteilflächen wie Außenwand, Fenster und Dach durchgeführt. Diese Methode ermöglicht es mit einer für diese Untersu- chung ausreichenden Genauigkeit den Heizwärmebedarf zu ermitteln (vgl. Loga et al., 2005, S. I - 1). Da genaue Messverfahren für exakte Flächenbestimmungen im Zuge dieser Arbeit nicht geleistet werden können ist die Anwendung dieses Schätzverfah- rens gewählt worden.

Der zweite Abschnitt nimmt eine Bewertung der thermischen Hülle des Wohngebäu- des vor. Mit wenigen vom Besitzer angegebenen Werten zu nachträglich angebrachten Dämmungen und Angaben zur Konstruktionsart sowie Angaben zu den Fenstern, kann ein Pauschalwert für den Wärmedurchlasskoeffizienten (U-Wert) ermittelt werden. Dabei wird auf die U-Werte des Datenbestandes zurückgegriffen und mit Hilfe einer Formel auf das untersuchte Gebäude übertragen bzw. angepasst (vgl. Loga et al., 2005, S.II - 1).

Der dritte Teil des Verfahrens beurteilt die Qualität der Heizungstechnik auf Basis von Pauschalwerten für Teilsysteme, die mit Hilfe des Fragebogens kombiniert und ent- sprechend des Untersuchungsgegenstandes angepasst werden können. Die Anlagen- konfiguration wird durch detaillierte Angaben zum Heizsystem und der Warmwasser- bereitung vorgenommen. Genaue energetische Kenndaten für eine entsprechende Szenarioberechnung können in das Formular zur nachträglichen Untersuchung bzw. einem Vergleich der Technologien eingegeben werden (vgl. Loga et al., 2005, S.III -1).

4.3. Einordnung der Wirtschaftlichkeitsberechnung

Die Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen-Heizgeräten stellt sich neben technischer Effizienz und ökologisch maßvollem Einsatz von Energie, als maßgeblicher Faktor des Entscheidungsprozesses für oder gegen ein BZH als Strom- und Wärmeversorgungstechnologie dar. Um aber die Wirtschaftlichkeit als entscheidenden Faktor für die in dieser Arbeit auszuarbeitende Handlungsempfehlung herauszustellen, müssen andere, in der Literatur ebenfalls als relevant geltende Aspekte, ausgeschlossen werden. Bei den auszuschließenden Faktoren handelt es sich um:

- Marketing- und Imagevorteile
- Umweltverträglichkeit
- Komfortverbesserung und geringerer Wartungsaufwand (vgl. Jangnow et al., 2002, S.2)

Diese Faktoren sind im Allgemeinen im Zuge von Investitionsentscheidungen relevant, in dieser Untersuchung jedoch nicht, da es sich um eine rein ökonomisch ausgerichtete Analyse handelt.

Bei Wirtschaftlichkeitsberechnungen muss für zukünftige Aussagen immer betrachtet werden, dass die Werte mit einer gewissen Unsicherheit behaftet sind, was mit der Entwicklung der Energie- und Anlagepreise sowie Wartungskosten verknüpft ist. Kann durch die Berechnung allerdings kein eindeutiger betriebswirtschaftlicher Vorteil für zukünftige Investitionen aufgezeigt werden, muss auf die oben ausgeschlossenen Faktoren als Entscheidungshilfe zurückgegriffen werden.

Die Besonderheit der Wirtschaftlichkeitsuntersuchung von energietechnischen Anla- gen wie das BZH ist, dass keine direkten Gewinne erzielt werden, sondern immer nur der Vergleich von Kosten und Einsparungen von Kosten vorgenommen werden kann. Die Berechnung von der Wirtschaftlichkeit von BZH als Neuinvestition muss also im Vergleich zum Einsatz von konventionellen Technologien durchgeführt werden, um Vor- und Nachteile, Kostensenkungen und Kostensteigerungen sichtbar zu machen (vgl. Jagnow et al., 2002, S.3). Da diese Untersuchung auf die Selbstversorgung und Einspeisung von Überschüssen von Hauseigentümern ausgerichtet ist, werden hier die absoluten annuitätischen Kostenvorteile betrachtet und bewertet.

4.3.1. Kosten der eingesparten Kilowattstunde Energie

Neben der im nächsten Kapitel beschriebenen Annuitätenmethode zur Bewertung des annuitätischen Kostensenkungsgewinnes oder Kostensenkungsverlustes, kann auch das Beurteilungskriterium der Kosten der eingesparten kWh Energie herangezogen werden (Enseling, 2003, S.5). Dabei wird der Wert errechnet, der sich aus der Division der annuitätischen Kosten und der jährlich eingesparten Energie ergibt. Dieser Wert wird mit einem, in Abhängigkeit der zukünftigen Energiepreisentwicklung und dem Betrachtungszeitraum stehenden, errechneten mittleren Energiepreis verglichen. Ist also der Preis der eingesparten kWh Energie kleiner als der des zukünftigen mittleren Energiepreises, ist die Investition als wirtschaftlich zu bewerten. Dabei ist zu beachten, dass nicht von einem konstant bleibenden Energiepreis auszugehen ist. Gerade bei langfristigen Investitionen ist diese Tatsache entscheidungsrelevant. „Politische Rah- menbedingungen wie z.B. Energiesteuern oder Energiezertifikate werden in Zukunft zu einer Steigerung der Energiepreise führen“ (Enseling, 2003, S.6). Die Preissteigerung sollte daher immer größer „oder zumindest gleich der allgemeinen Inflationsrate aus- fallen“ (Enseling, 2003, S.6). Ein Vorteil dieses Berechnungs- und Beurteilungsverfah- rens ist, dass der unsichere Faktor der Energiepreissteigerung nur im mittleren zukünf- tigen Energiepreis enthalten und daher leicht variierbar ist. Das Beurteilungskriterium Kosten der eingesparten kWh Energie ist also besonders dann sinnvoll, wenn die Ein- sparungen dem Investor direkt zu Gute kommen, wie bei einer Investition im selbstge- nutzten Gebäudebestand. Problematisch wird es allerdings dann, wenn unterm Strich zwar ökonomische Vorteile nach einer Investition bestehen, aber die Summe der ver- brauchten Energie absolut nicht geringer wird. Das kann beispielsweise bei einer Um- schichtung des genutzten Energieträgers von Strom auf Erdgas der Fall sein (mehr da- zu in Kapitel 8.4).

4.3.2. Annuitätenmethode

Die Annuitätenmethode als Vorteilhaftigkeitsentscheidung für Investitionen ist ein Modell, welches hinsichtlich der Zielgröße „Annuität“ ausgewertet wird.

„ Eine Annuität ist eine Folge gleich hoher Zahlungen, die in jeder Periode des Betrach tungszeitraumes anfallen. “ (Götze, 2006, S.93)

Dabei wird der Betrag errechnet, der bei einer langfristigen Investition pro Periode (Jahr) zu entrichten ist. Der Betrachtungszeitraum entspricht der Nutzungsdauer des zu untersuchenden Brennstoffzellen-Heizgerätes. Da in dieser Untersuchung eine Nut- zungsdauerdifferenz der Geräte, also der konventionellen Versorgungseinheit und des BZH zu beachten ist, muss eine modifizierte Form der Annuitätenmethode angewandt werden. Es wird bei beiden Vergleichssystemen von einer festen Laufzeit von 15 Jah- ren ausgegangen, unabhängig vom Alter der konventionellen Anlage. Ein potenzieller Austausch der konventionellen Anlage zu einem späteren Zeitpunkt wird in dieser Un- tersuchung nicht berücksichtigt. Verglichen werden ein aktueller Einbau eines BZH mit 15 Jahren Laufzeit und ein fortlaufender Einsatz der konventionellen Technik mit einer gleichen Laufzeit.

Die Annuitätenmethode ähnelt sehr der Kapitalwertmethode, unterscheidet sich jedoch in der Ermittlung des Erfolgs (vgl. Olfert und Reichel, 2006, S.230). Die Kapitalwertmethode ermittelt den Totalerfolg, wohingegen die Annuitätenmethode den Periodenerfolg berechnet, indem sie sich auf die jährlichen Einzahlungen bezieht und diese den durchschnittlichen jährlichen Auszahlungen gegenüberstellt (Olfert und Reichelt, 2006, S.231). Damit kann beurteilt werden, ob eine Vorteilhaftigkeit eines neuen Objektes gegenüber eines alten Objektes gegeben ist.

Im Falle dieser Untersuchung, die den Einsatz eines Brennstoffzellen-Heizgerätes als Neuinvestition dem Einsatz konventioneller Strom- und Wärmeversorgung über 15 Jahre gegenüberstellt, spielen folgende Werte eine Rolle:

- Betrachtungszeitraum
- Kalkulationszinssatz
- Preissteigerung für Energie und Wartung
- Investitionskosten
- Zuschüsse
- Energiepreise für Strom und Erdgas
- Energiebedarf

Diese Werte müssen ermittelt und berechnet werden, was mit Hilfe eigener Berech- nungsmethoden und bereits erarbeiteten Methoden erfolgt. Die Annuitätenmethode wird auf Grundlage der in Kapitel 6.2 beschriebenen Bedarfskalkulation und der vom Institut für Wohnen und Umwelt entwickelten Excel Kalkulationstabelle „Wirtschaft- lichkeitsnachweis - Rechenblatt zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit von zwei Investi- tionsalternativen“ durchgeführt. Der Anhang beinhaltet die erarbeiteten

Tabellen für alle Investitionsmodelle der Bremer Häuser mit unterschiedlichen Kosten für die Brennstoffzellen-Heizgeräte. Erläuterungen zu den Berechnungen und Ergebnissen folgen in Kapitel 6.

5. Theoretischer Hintergrund

5.1. Dezentrale Energieversorgung durch BZH

Während bei der Energiediskussion oft nur die Stromversorgung im Fokus steht und Themen wie etwa Atomkraft und Braunkohle zur Stromerzeugung öffentlich diskutiert werden, ist der Wärmemarkt als eher untergeordnetes Thema einzuordnen. „Das es in der Wohnung, im Büro oder beim Einkaufen warm ist, ist für die meisten Deutschen eine Selbstverständlichkeit“ (Kristof und Hanke, 2005, S.155). Wird allerdings die Ver- sorgung der Haushalte mit Strom und Wärme durch ein dezentrales System betrachtet, rückt die Wärmeversorgung als gleichwertiges Problemfeld in den Vordergrund. Denn bei der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie mit Hilfe eines Brenn- stoffzellen-Heizgerätes wird immer auch Wärme produziert, welche zu großen Teilen genutzt wird. Durch diese Verlustminimierung lassen sich hohe Gesamtwirkungsgrade realisieren (vgl. Droste-Franke et al., 2009, S.43).

Damit ist das BZH im Kontext der Energie- und Wärmeversorgung mit dezentraler Kraft-Wärme-Kopplung als eine der dezentralsten Mikro-Energieerzeugungseinheiten anzusehen. Um einzuordnen wann eine Einheit zentral oder dezentral ist, wird der Dezentralitätsbegriff durch Pehnt et al., 2006 folgendermaßen definiert:

,,[ … ] This is what we call micro cogeneration which we define as the simultaneous gen eration of heat, or cooling, energy and power in an individual building, based on small energy conversion units below 15 kWel. ” (Pehnt et al., 2006, S.1)

Als Schlussfolgerung muss festgehalten werden, dass Anlagen mit einer Leistung von mehr als 15 kWel als zentral anzusehen sind. Da die Brennstoffzellen-Heizgeräte für Einfamilienhäuser deutlich unter 15 kWel Leistung liegen, sind sie in dieser Arbeit grundsätzlich als dezentral anzusehen (vgl. Stelter, 2008, S.29).

Von der Primärenergie zur letztendlichen Nutzenergie gehen bei konventioneller, zent- raler Energieversorgung rund zwei Drittel der Energie verloren. Dieser Verlust lässt sich durch dezentrale Versorgung verringern und damit wird eine Effizienzsteigerung im Energieversorgungssektor erwirkt. „Etwa 60 % des jährlichen Gesamtenergiever- brauchs in Deutschland wird für Wärme verbraucht“ (Kristof und Hanke, 2005, S.157). In privaten Haushalten fällt der Anteil von Raumwärme sogar auf über 75%. Dieser Energieanteil von etwa eins (Strom) zu vier (Wärme), lässt sich mit BZH durchaus ver- wirklichen und dezentral produzieren (vgl. Droste-Franke et al., 2009, S.44).

Neben den ökologischen Vorteilen und Energieeinsparungen liegen die wirtschaftli- chen Vorteile „nach den Berechnungen der World Alliance for Decentralized Energy für die EU-Kommission“ (Suttor et al., 2008, S.46) bei 25% durch die dezentrale Versor- gung durch Kraft-Wärme-Kopplung. Technisch ist eine massive Etablierung von Block- heizkraftwerken (BHKW) möglich, die Hemmnisse einer großflächigen Einführung lie- gen allerdings auf der politischen Ebene, wo die Rahmenbedingungen für einen ener- giepolitischen Wandel gestaltet werden müssen. Eine Studie der Technischen Universi- tät München im Jahre 2004 zum Thema „Energiewirtschaftliche Bewertung dezentraler KWK-Systeme für die Hausenergieversorgung“ kommt zu dem Ergebnis, dass der Ein- satz dezentraler Erzeugungssysteme zu einer Reduktion der Netzbelastung um etwa die Hälfte und zu einem Rückgang der gelieferten Energiemenge um etwa ein Drittel führen wird (vgl. Suttor et al., 2008, S.46).

Wird das Gesamtsystem Brennstoffzellen-Heizgerät betrachtet (Abbildung 1) sieht man, dass die Anlage gut an die Bedarfsstrukturen angepasst werden muss, um hohe Ausnutzungsgrade zu erreichen. Es ist dabei wichtig den Verbrauch zu betrachten um die richtige Leistung und Technik auszuwählen. Dabei kann sich die Dimensionierung an dem thermischen, aber auch an dem elektrischen Bedarf orientieren. Bei der ther- mischen Auslegung wird der Bedarf an dem Wärmeenergiebedarf und damit an der entsprechenden Menge Erdgas bemessen. Es wird im Winter ein erheblicher Über- schuss an Strom produziert, welcher ins Netz eingespeist werden kann und damit die

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Gesamtsystem mit einzelnen Systemkomponenten nach Droste-Franke et al., 2009, S.57.

Stromdefizite in den Sommermonaten auf Grund des deutlich geringeren Wärmebedarfs substituieren kann.

Die elektrische Auslegung hingegen orientiert sich am Strombedarf des Versorgungsob- jektes, wird allerdings ebenfalls nicht in dem Maße dimensioniert die Spitzenlast de- cken zu können (vgl. Droste-Franke et al., 2009, S.57f). Es erscheint demnach für Ein- und Mehrfamilienhäuser auf dem Bestand mit hohem Wärmeenergiebedarf sinnvoller, eine thermische Auslegung der Anlage zu wählen.

5.2. Energetisches Sanieren

„Das CO2 Gebäudesanierungsprogramm ist ein Bestandteil des Integrierten Energie- und Klimaschutzprogramms der Bundesregierung für Wachstum und Beschäftigungssi- cherung(…)“ (Kuckshinrichs et al., 2010, S.9), wobei das Programm auch die Steigerung der Energieeffizienz als Ziel verfolgt. Unter anderem wird hierbei auch die Kraft- Wärme-Kopplung gefördert, wodurch das Gebäudesanierungsprogramm der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) relevant für den Untersuchungsgegenstand wird. Die KfW fördert gezielt durch günstige Kredite und Zuschüsse die energetische Sanierung von Altbauten und weitere energetische Investitionen in Bestandsimmobilien, um dadurch das „Energieeinsparpotenzial, das in städtischen Strukturen und in sozialer Infrastruktur vorhanden ist, stärker auszuschöpfen“ (Kuckshinrichs et al., 2010, S.616). In den Jahren 2009 bis 2011 wird die Förderung seitens der Bundesregierung zur Stei- gerung der Energieeffizienz von Gebäuden auf drei Milliarden Euro erhöht. Das CO2- Gebäudesanierungsprogramm ist dabei ein Teilprojekt und profitiert von der Budget- erhöhung. Dieses Programm wurde mit Sicht auf Klimaschutzeffekte, Konjunktur- und Budgeteffekte hin evaluiert, um herauszufinden, ob ein gesamtwirtschaftlicher Erfolg durch das Programm zu verbuchen ist.

Unter der Annahme des „homo oeconomicus“ wurde für die Jahre 2005 bis 2007 die Evaluierung durchgeführt und man fand heraus, dass „programminduzierte Energie- einsparungen von 3,14 Mrd. kWh“ (Kuckshinrichs et al., 2010, S.617) erreicht wurden. Es wurde von einer Investitionslebensdauer von 30 Jahren ausgegangen und in dieser Zeit werden ca. 41 Mio. Tonnen CO2 eingespart, bei einer gleichzeitigen Heizkosten- einsparung von ca. 6 Mrd. Euro. Auch hinsichtlich der Konjunktureffekte wird als Erfolg verbucht, dass das Programm zur Sicherung von ca. 42.000 Arbeitsplätzen beigetragen hat. Durch die Fokussierung des Programms auf den Klimaschutz und eine damit ver- bundene Internalisierung der externen Effekte, begründet das Programm seine Son- derstellung in dem Bereich der Fördermittel.

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Details

Titel
Brennstoffzellen-Heizgeräte im Bremer Haus
Untertitel
Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse moderner Kraft-Wärme-Kopplung im Gebäudebestand
Hochschule
Universität Bremen  (Institut für Geographie)
Note
1,8
Autor
Jahr
2012
Seiten
70
Katalognummer
V206195
ISBN (eBook)
9783656332046
ISBN (Buch)
9783656332497
Dateigröße
1506 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
brennstoffzellen-heizgeräte, bremer, haus, eine, wirtschaftlichkeitsanalyse, kraft-wärme-kopplung, gebäudebestand
Arbeit zitieren
Florian Liehr (Autor), 2012, Brennstoffzellen-Heizgeräte im Bremer Haus, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/206195

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