Technik mit guten Zukunftsaussichten - KWK – effiziente/dezentrale Eigenversorgung mit Wärme und Strom

Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung

Der Nutzungsgrad von KWK-Anlagen liegt bei mehr als 80%, weil die Abwärme bei der Stromerzeugung direkt für die Erzeugung von z.B. industrieller Wärme, Heizungswärme und Warmwasser verwendet werden kann. Das spart nicht nur Kosten, sondern hilft auch, effizient Kohlendioxid einzusparen. 2011 wurden in Deutschland etwa 11,3 Mrd. kWh Strom aus KWK-Anlagen erzeugt, was in etwa 15% des Stromverbrauchs entspricht.

Vergleicht man die Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen mit der getrennten Bereitstellung dieser beiden Endenergien Strom und Wärme, zum einem aus Großkraftwerken und zum anderen aus örtlichen Heizkesseln, so ergeben sich für die KWK-Anlagen Primär­energieeinsparungen zwischen 30% und 40% gegenüber der getrennten Erzeugung. Dies liegt vor allem an den weit geringeren Verlusten von nur ca. 10% beim KWK-Prozess gegenüber 40% allein bei der Stromerzeugung in Kondensationskraftwerken.

Dezentrale KWK-Anlagen gibt es in allen denkbaren Größenordnungen, beginnend bei Mikro-KWK-Anlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser mit einer elektrischen Leistung von 1kW, über Blockheizkraftwerke zur Versorgung von Wohnungsanlagen, Verwaltungsgebäuden, Gewerbebetrieben bis hin zu großen Heizkraftwerksanlagen zur Versorgung von Industrieparks, Gewerbegebieten, Wohngebieten, Gemeinden und Städten. Die größten Anlagen haben elektrische Leistungen von bis zu 800 MW. Die Wärme kann sowohl als technologische Wärme (Heißwasser oder Dampf) als auch für Heizungs- und Kühlungszwecke (Sorptionskältemaschinen, angetrieben durch Wärme) genutzt werden.

KWK-Anlagen sind der ideale Partner der Erneuerbaren Energie. Dies macht die KWK zu einem existenziellen Bestandteil der Energiewende in Deutschland – hin zur Dezentralisierung der Energieversorgung und zum Übergang zu zunehmend Erneuerbaren Energien. KWK kann Energie in die Netze einspeisen, wenn die fluktuativen (schwankenden) Erneuerbaren Energien wie Windenergie und Sonnenenergie nicht zur Verfügung stehen. Zugleich kann KWK aber auch ihre Einspeisung reduzieren oder einstellen, wenn zu viel Energie aus den Erneuerbaren im Netz zur Verfügung steht. Weiter erhöht werden kann die Flexibilität der KWK-Anlagen durch Zubau großzügig dimensionierter Wärme- bzw. Kältespeicher. Sie ermöglichen, Strom in KWK zu erzeugen, wenn es gleichzeitig keinen Bedarf an Wärme bzw. Kälte gibt. Die Wärme bzw. Kälte kann dann zu einem späteren Zeitpunkt den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.

KWK auch wirtschaftlich im Gebäudebereich

Wirtschaftlicher KWK-Betrieb bedeutet, dass die Kosten für die Versorgung von Gebäuden oder Gebäudekomplexen mit Strom und Wärme aus KWK-Anlagen geringer sind als der Bezug des Stroms von einem Stromversorger und die Erzeugung der Wärme in einer eigenen Kesselanlage. Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben insbesondere eine richtige Auslegung der KWK-Anlage sowie Strom- und Brennstoffpreise und Fördermöglichkeiten und Steuervergünstigungen.

Zu den Grundprinzipien der Auslegung von KWK-Anlagen gehört, dass bisher in der Regel davon ausgegangen wird, dass eine KWK-Anlage zumindest 3000 (bis 3500) Volllastbenutzungsstunden im Jahr in Betrieb ist, um die Investitionskosten der Anlage in einem akzeptablen Zeitraum zu erwirtschaften. Bei der Auslegung einer KWK-Anlage im Gebäudebereich wird zunächst der monatliche Wärmebedarf über das gesamte Jahr aufgezeichnet. Aus dieser sogenannten Jahresdauerlinie, die entsteht bei geordneter Auflistung der Monatsverbräuche vom höchsten zum niedrigsten, kann leicht abgelesen werden, welche Wärmeleistung über 3000 (bis 3500) Stunden im Jahr kontinuierlich benötigt wird. Diese Wärmeleistung ist die Bemessungsgröße für die wirtschaftlich installierbare KWK-Anlage. Anhand von Kenndatenübersichten (z.B. ASUE-Broschüre „BHKW-Kenndaten“) können dann passend zu dieser Wärmebemessungsleistung geeignete KWK-Anlagen ausgewählt und die erzeugbare elektrische Leistung festgestellt werden. Die Nachrechnung mit den konkreten gewählten Anlagendaten ergibt dann den Brennstoffbedarf. Über eine Prognose oder Hochrechnung der zukünftigen Strom- und Brennstoffpreise ergeben sich unter Berücksichtigung der Fördermöglichkeiten die Abschreibungsdauer der Anlage und damit eine klare Aussage, ob diese Anlage wirtschaftlich betrieben werden kann oder nicht.

Am Markt verfügbar ist eine Vielzahl von KWK-Anlagen für die unterschiedlichsten Brennstoffe und in den unterschiedlichsten Größenordnungen. Hier kommt es darauf an, auf Basis der Auslegung für das betreffende Objekt die wirtschaftlich günstigste Anlage auszuwählen. Gegenwärtig gibt es über 40 Anbieter von BHKW-Anlagen für den Gebäudebereich. Im Mikro-KWK-Bereich für Ein- und Zweifamilienhäuser sind es derzeit ca. 10 Anbieter.

Zusammenfassend kann hierzu eingeschätzt werden, dass auch im Gebäudebereich KWK-Anlagen in sehr vielen Fällen wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn sie von vornherein richtig ausgelegt worden sind. Leicht kann aber eine Überdimensionierung, insbesondere in kleineren Gebäuden, dazu führen, dass die Abschreibungszeit sehr lang wird. Von Vorteil für den wirtschaftlichen Betrieb in kleinen Wohngebäuden ist es, wenn zusätzliche Wärmeverbraucher neben der Raumheizung und dem Frischwasser (Duschwasser) bestehen, z.B. ein Schwimmbad.

Mögliche Betriebsweise

Die klassische Betriebsweise der KWK ist, wie bereits im vorhergehenden Abschnitt dargestellt, die wärmegeführte Betriebsweise. Hier werden die KWK-Anlagen nach dem Wärmebedarf des Objekts ausgelegt und dann betrieben, wenn Wärme benötigt wird oder wenn der zugehörige Wärmespeicher noch nicht vollständig geladen ist. Im Rahmen der Energiewende, die eine Dezentralisierung der Energieversorgung und damit einen erheblichen Zubau dezentraler Stromerzeugungsanlagen fordert, wird jedoch auch zunehmend interessant für KWK-Anlagen, den Strom dann zu produzieren, wenn am Markt der beste Preis zu erzielen ist. Das bedeutet also z.B., dass die Anlagen dann betrieben werden, wenn der höchste Strombedarf herrscht, z.B. in den Mittagsstunden.

Noch höhere Preise lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen generieren, wenn die Erzeugungsanlagen Regel­energie liefern können. Dies trifft jedoch überwiegend auf sehr große KWK-Anlagen und auf sogenannte virtuelle Kraftwerke (Zusammenschaltung einer sehr großen Zahl kleiner KWK-Anlagen) zu und soll hier nicht weiter betrachtet werden. Die Betriebsweise nach dem Strombedarf kann eine wirtschaftlich interessante Option für KWK-Anlagen sein. Allerdings ist Voraussetzung, dass die gleichzeitig erzeugte Wärme genutzt wird. Das gelingt leichter, wenn der KWK-Anlage ein großzügig dimensionierter Wärme- oder Kältespeicher zugeordnet wird. Dieser trägt zur zeitlichen Entkopplung von Stromproduktion und Wärmenutzung bei. Bei dieser Betriebsweise gibt es also zwei Kriterien, nämlich den Strombedarf und den Wärmebedarf bzw. ersatzweise den Füllungsgrad des Wärmespeichers. Die KWK-Anlage wird also genau dann in Betrieb gehen, wenn einerseits der Strombedarf einen guten Strompreis garantiert und andererseits entweder Wärme benötigt wird oder der Speicher noch nicht vollständig geladen ist. Wird keine Wärme benötigt und ist der Speicher zur gleichen Zeit gefüllt, so geht die Anlage nicht ans Netz. Die hier geschilderte Betriebsweise von KWK-Anlagen nennt man daher stromorientiert (oder auch stromoptimiert). Dieser Betriebsweise liegt zum Beispiel das bekannte Prinzip des Geschäftsmodells von Lichtblick (VW-Schwarmstrom) zugrunde.

Für kleine KWK-Anlagen (sogenannte Mikro-KWK) macht dieses Konzept erst Sinn, wenn eine ausreichend große Anzahl solcher Anlagen in einem virtuellen Netz gemeinsam bilanziert wird. Nur so kann garantiert werden, dass immer genügend Anlagen im virtuellen Netz vorhanden sind, deren Speicher noch freie Kapazität besitzen, sodass hinreichend Strom zur rechten Zeit vom Netz abrufbar ist.

Förderung von KWK

Mit dem neuen KWK-Gesetz, das am 19. Juli 2012 in Kraft getreten ist, hat die Bundesregierung einen wichtigen Schritt getan, dieser Technologie noch bessere Chancen zu gewähren. So wurden die Einspeisevergütungen erhöht, auch Wärme- und Kältespeicher einbezogen, die Förderbedingungen für Fernwärme- und Fernkälteleitungen verbessert und ein Ausgleich für die in den Emissionshandel einbezogenen KWK-Anlagen eingeführt. Weitere relevante Gesetze sind das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG 2012), das Energiesteuergesetz, das Stromsteuergesetz, das Umsatzsteuergesetz, das Erneuerbare-­Energien-Wärmegesetz sowie verschiedene Förderinstrumente.

Das KWK-Gesetz (2012) zielt ab auf die Modernisierung und den Neubau von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, zur Markteinführung der Brennstoffzelle, zur Förderung des Ausbaus von Wärme- und Kältenetzen sowie von Wärme- und Kältespeichern. Außerdem werden modernisierte und nachgerüstete KWK-Anlagen gefördert.

Wesentlich ist, dass der ins Netz eingespeiste und selbst verbrauchte Strom gefördert wird. Darüber hinaus können Anlagenbetreiber den eingespeisten Strom an einen vertraglich verbundenen Dritten liefern. Der Netzbetreiber ist in diesem Fall verpflichtet, diesen Strom an den Dritten zu den mit dem Anlagenbetreiber vereinbarten Preis zu liefern zzgl. des Durchleitungsentgeltes. Die KWK-Zuschläge wurden im KWK-Gesetz über alle Anlagengrößen hinweg um 0,3 Cent/kWh erhöht. Sie sind in Tabelle 1 dargestellt. Zudem gibt es für Anlagen, die ab 1. Januar 2013 in den Emissionshandel einbezogen sind, einen Ausgleich in Höhe von 0,3 Cent/kWh. Bezüglich der Größenfestlegung der Anlage gelten mehrere unmittelbar miteinander verbundene kleine KWK-Anlagen an einem Standort als eine Anlage, sofern sie innerhalb von zwölf aufeinanderfolgenden Monaten in Dauerbetrieb genommen worden sind. Dies gilt für Anlagen mit einer installierten elektrischen Leistung bis 2 MW.

Geförderte KWK-Anlagen müssen hocheffizient im Sinne der Richtlinie 2004/8/EG des Europäischen Parlaments sein (KWK-Richtlinie). Sie schreibt vor, dass die Primärenergieeinsparungen bei mehr als 10% im Vergleich zur getrennten Strom- und Wärmeerzeugung liegen müssen. Außerdem müssen für die getrennte Erzeugung sogenannte harmonisierte Wirkungsgrade für die Strom- und Wärmeerzeugung verwendet werden, die in einer Anlage zur KWK-Richtlinie verzeichnet sind. KWK-Anlagen bis 1 MW elektrischer Leistung müssen lediglich eine Primärenergieeinsparung > 0 gegenüber der getrennten Erzeugung erbringen.

Das Erneuerbare Energiengesetz wurde ebenfalls im Jahr 2012 novelliert. Nach diesem Gesetz werden KWK-Anlagen gefördert, in denen Strom aus gasförmiger oder fester Biomasse erzeugt wird, z.B. Bio­methan, Biogas, Holzpellets. Zu beachten ist, dass für ältere Biomasse-KWK-Anlagen, die vor Inkrafttreten des EEG 2012 bereits den Betrieb aufgenommen haben, die Vergütungsvorschriften der Vorgängergesetze (EEG 2004 bzw. EEG 2009) weiter Gültigkeit haben.

Die Anlagenbetreiber können nach dem EEG 2012 zwischen zwei Vergütungsmodellen wählen: Dem Einspeisebonus oder dem Marktprämienmodell. Zwischen beiden Einspeisemodellen kann beliebig oft mit monatlicher Vorankündigung beim Netzbetreiber gewechselt werden. Die Vergütung nach dem EEG wird für 20 Jahre gewährt.

Beim Einspeisebonus-Modell erhält der Anlagenbetreiber vom Stromnetzbetreiber für den ins Netz eingespeisten KWK-Strom eine Vergütung (Grundvergütung zzgl. Einsatzstoffvergütung und Gasaufbereitungsbonus bei Biomethan). Die Zuschläge sind in Tabelle 2 dargestellt.

Entscheidet sich der KWK-Anlagenbetreiber für die Selbstvermarktung des erzeugten Stroms, so erhält er zzgl. zum erzielten Marktpreis vom Netzbetreiber eine Marktprämie, die sich orientiert am Einspeisebonus und korrigiert wird um einen sogenannten Managementzuschlag. Unter besonderen Voraussetzungen kann der Anlagenbetreiber im Falle der Inanspruchnahme der Marktprämie bei bedarfsgerechter Bereitstellung des Stroms zusätzlich eine Flexibilitätsprämie erhalten.

Energiesteuergesetz

Nach dem Energiesteuergesetz sind jene Energieträger steuerbegünstigt, die eingesetzt werden in ortsfesten Anlagen und ausschließlich der Erzeugung von Kraft und Wärme dienen und einen Jahresnutzungsgrad von mindestens 60% erreichen. Kleine KWK-Anlagen (gemäß Energiesteuergesetz Anlagen mit bis zu 2MW elektrischer Leistung) werden außerdem nach dem Energiesteuergesetz von der Energiesteuer entlastet. Ihnen wird auf Antrag beim Hauptzollamt die gezahlte Energiesteuer erstattet.

Diese Förderung musste jedoch vom Bundesfinanzministerium (BMF) zum 1. April 2012 zunächst ausgesetzt werden, da die zugrunde liegende Beihilfegenehmigung der EU-Kommission ausgelaufen war. Allerdings ist es dem BMF in Zusammenarbeit mit dem Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung gelungen, diese Entscheidung zu revidieren. Eine dafür notwendige Änderung des Energiesteuergesetzes hat der Bundestag bereits beschlossen. Sie soll rückwirkend zum 1. April 2012 in Kraft treten. Daran ist eine vollständige Steuerentlastung für KWK-Anlagen bis einschließlich 2 MW in der Leistung festgeschrieben, sofern diese hocheffizient sind und ihr Nutzungsgrad während des Entlastungszeitraumes mindestens 70% beträgt. Diese Erleichterung wird für die Zeit gewährt, in der die Hauptbestandteile abschreibungsfähig sind (i.d.R. 10 Jahre). Werden Hauptbestandteile der Anlage erneuert und die Kosten hierfür betragen mehr als 50% der Kosten für die Neuerrichtung der Anlage, verlängert sich die Frist um den Abschreibungszeitraum der erneuerten Teile.

Neu ist, dass KWK-Anlagen bis 2 MW, die nicht das Kriterium der Hocheffizienz erfüllen oder deren Abschreibungszeitraum abgelaufen ist, deren Nutzungsgrad aber mindestens 70% beträgt, immerhin noch bis zum Mindeststeuersatz gemäß EU-Richtlinie entlastet werden. Durch diese Gesetzesänderung ist es gelungen, ein wichtiges Element für die Wirtschaftlichkeit von hocheffizienten KWK-Anlagen zu erhalten. Die begünstig­ten Steuersätze nach Energiesteuergesetz (EnStG) und die Mindeststeuersätze nach EU-Richtlinie sind in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.

Stromsteuergesetz

Nach dem Stromsteuergesetz ist Strom aus kleinen Stromerzeugungsanlagen mit einer Nennleistung bis zu 2 MW von der Stromsteuer befreit, wenn der Strom vom Energieerzeuger im räumlichen Zusammenhang zur Stromerzeugungsanlage zum Selbstverbrauch entnommen wird oder an Letztverbraucher vom Betreiber der Anlage geliefert wird. Der Stromsteuersatz beträgt derzeit 2,05 Cent/kWh. Von räumlichem Zusammenhang spricht man immer dann, wenn sich Anlagen und Verbraucher auf dem gleichen Grundstück befinden oder die Entfernung nicht mehr als in der Regel 300m bis 400m beträgt. Dies ist im Einzelfall mit dem Finanzamt zu klären.

Umsatzsteuer

Die Investitionskosten in eine KWK-Anlage können vom Investor in Vorsteuer­abzug gebracht werden. Allerdings wird dann der Investor (als Privatperson, d.h. Besitzer eines Eigenheimes) steuerrechtlich vom Finanzamt so gestellt, als betreibe er ein gewerbliches Unternehmen. Dies hat zur Folge, dass in den darauffolgenden Jahren auch der mit der KWK-Anlage erzielte Gewinn sowohl aus Einspeisung von Strom in das öffentliche Netz als auch durch Selbstverbrauch versteuert werden muss. Hierfür muss Umsatzsteuer im Rahmen der Einkommensteuererklärung abgeführt werden. Durch Verzicht auf den Vorsteuerabzug der Investition lässt sich jedoch diese umsatzsteuerliche Veranlagung vermeiden. Eine sorgfältige Kalkulation in Zusammenarbeit mit dem Steuerberater vor der Investition und vor der Entscheidung zum Vorsteuerabzug ist daher zu empfehlen.

Förderinstrumente

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) hat am 18. Januar 2012 eine neue Richtlinie zum Förderprogramm für Mini-KWK-Anlagen herausgegeben. Der Investitionszuschuss gilt für KWK-Anlagen bis 20 kW elektrischer Leistung und ist gestaffelt. Zum Beispiel erhalten 1-kW-Anlagen 1500 Euro, große Anlagen mit 19 kW 3450 Euro. Diese Investitionsförderung ist geknüpft an eine Reihe von Anforderungen. So dürfen die Anlagen nicht in einem Gebiet mit Anschluss und Benutzungsgebot für Fernwärme liegen und müssen in einem Wartungsvertrag betreut werden. Die Primärenergieeinsparung für Anlagen <10kW elektrisch muss mindestens 15% und für Anlagen bis 20 kW elektrisch mindestens 20% betragen. Diese Primärenergieeinsparung ist zu ermitteln nach den Vorschriften der EU-KWK-Richtlinie.

Zudem muss ein Wärmespeicher mit einem Energiegehalt von mindestens 1,6kWh/1kW thermisch Leistung sowie einer Steuerung und Regelung für eine wärmegeführte bzw. stromorientierte Betriebsweise inkl. eines intelligenten Wärmespeichermanagement sowie eines Messsystems zur Bestimmung des aktuellen Strombedarfs (Smartmeter) für Anlagen ab 3 kWel vorhanden sein. Fördervoraussetzung ist zudem, dass die KWK-Anlage in der Liste der förderfähigen Anlagen des BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) aufgeführt ist.

KfW-Förderprogramm

Im Rahmen der Förderung über die KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) werden günstige Kredite vergeben. Detaillierte Informationen müssen bei der zuständigen Hausbank erfragt werden.

Förderprogramme von Bundesländern, Kommunen und Unternehmen

Es gibt in verschiedenen Bundesländern neben den bundesweiten Förderungen auch landespezifische Fördermaßnahmen, beispielsweise in Sachsen und Nord­rhein-Westfalen. Auch in Hessen ist ein derartiges Förderprogramm in Vorbereitung. Darüber hinaus legen Energieversorgungsunternehmen teilweise Förderprogramme zur Entwicklung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen auf. Bekannt sind beispielsweise die Förderprogramme der E.ON Ruhrgas sowie der GASAG und der Erdgasversorgung Süddeutschland.

Ausblick

Neben den Vorteilen und Fördermöglichkeiten für KWK-Anlagen gibt es eine Reihe von Hemmnissen. So schreibt das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) vor, dass Strom aus hocheffizienten KWK-Anlagen mit der EEG-Umlage beaufschlagt werden muss, wenn diese Anlagen von Dritten (z.B. Contractoren) zur Versorgung von z.B. Wohnobjekten, Wohnvierteln oder Industrieunternehmen betrieben werden. Von der EEG-Umlage befreit sind nur KWK-Anlagen, die von den Betreibern zur Eigenversorgung mit Strom betrieben werden. Dies ist eine klare Diskriminierung.

Ein weiteres Hemmnis ist zu sehen in den noch immer sehr komplexen und aufwendigen Vorschriften, um die genannten Förderungen zu erlangen. Eine gewisse Vereinfachung hat das KWK-Gesetz 2012 hier bereits vorgenommen. So ist es möglich, für Mikro-KWK-Anlagen anstelle der jährlichen Förderung mit dem KWK-Zuschlag eine kumulierte Einmalzahlung zu beantragen, die dem Fördervolumen von 30000 Volllastbenutzungsstunden entspricht. Weitere Vereinfachungen sind wünschenswert.

Es ist davon auszugehen, dass im Zuge der Energiewende der Ausbau der KWK-Anlagen zunehmen wird. Erste Anzeichen dafür sind bereits sichtbar. Trotzdem bleibt abzuwarten, ob der Ausbau so viel Schwung bekommt, um das Ziel, 25% KWK-Stromerzeugungsanteil an der gesamten Stromerzeugung in Deutschland, bis zum Jahr 2020 zu erreichen. Um dies zu überprüfen, wird es 2014 eine Evaluierung geben. Aus diesem Monitoringbericht werden ggf. weitere Maßnahmen zur intensiveren Förderung der KWK abzuleiten sein.

Autor: Wulf Binde, Geschäftsstellenleiter im B.KWK (Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.), Berlin

www.bkwk.de