Kraftvarmeværker genererer varme og elektricitet på samme tid. Dette løser to problemer i husstanden. Staten fremmer også moderne, økologisk opvarmning. Men for hvem er en kombineret varme- og kraftenhed umagen værd? I vores guide forklarer vi, hvordan det fungerer, installationskrav og omkostninger.
Kraftvarmeværk som varme: et overblik over de vigtigste ting
- Et kraftvarmeværk genererer samtidig elektricitet og varme i henhold til princippet om kombineret varme og kraft, hvorefter varmen fra elproduktion strømmer ind i varmekredsen. Af denne grund er effektiviteten af systemet omkring 90 procent. Til sammenligning: et gennemsnitligt gasfyret kraftværk udgør omkring 40 procent.
- De kompakte systemer består af et drev (motor, turbine eller brændselscelle), en generator og en varmeveksler.
- Kraftvarmeværker kan drives med gas, olie, træpiller eller kul, afhængigt af den installerede teknologi. Med biogas eller træ som brændstof kan de arbejde helt CO2-neutralt.
- Afhængig af størrelse og ydelse er de kombinerede varme- og energisystemer opdelt i nano-, mikro-, mini- og standardvarmeenheder. Nano kraftvarmeværker er også økonomiske for familier.
- Hvorvidt et kraftvarmeværk er umagen værd, afhænger af dets kapacitetsudnyttelse. Ud over en lang driftstid er netværksoperatørens elpris også afgørende for en kort afskrivningsperiode.
- Federal Office of Economics and Control (BAFA) understøtter installationen af kraftvarmeværker med faste tilskud og tillæg på el-taksten. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) og nogle føderale stater tilbyder også økonomiske incitamenter og billige lån.
Hvordan fungerer et kraftvarmeværk?
Et kraftvarmeværk er et system, der genererer både elektricitet og varme. Det bruger princippet om kombineret varme og kraft, ifølge hvilken den mekaniske energi fra en motor (kraft) bruges til at generere elektricitet, og dens varme udstødningsgasser giver varme. Dette betyder, at kraftvarmeværker opnår høje effektivitetsniveauer på 90 procent og derover. Den genererede energi består af et gennemsnit på en tredjedel elektricitet og to tredjedele varme. Disse numre varierer dog afhængigt af systemet og designet. Teknologien til en kombineret varme- og kraftenhed passer ind i et hus, der er omtrent på størrelse med et køleskab. Navnet på termisk kraftværk af typen blok er afledt af de kompakte dimensioner.
Nogle kul- og gaskraftværker bruger også kombineret varme og kraft. I 2017 var deres andel af nettoproduktion i Tyskland 21 procent. Imidlertid transporterer rørledninger varmen til et forbrugssted i et stort kraftværk, da boligområder og virksomheder er langt væk. Tab er uundgåelig undervejs. Specialiteten ved termiske kraftværker af bloktypen er, at både elektriciteten og varmen genereres lokalt og decentralt. Dette øger deres effektivitet betydeligt sammenlignet med centraliserede systemer.
På grund af deres lave tab og muligheden for at drive dem med biobrændstof er termiske kraftværker af bloktypen en søjle i energiomstillingen. Den føderale regering har siden 2000 promoveret ejere af termiske kraftværker med blokform med forskellige aflønningsmodeller. I de senere år er antallet af såkaldte nano- og mikro-kombinerede varme- og kraftenheder på markedet steget. Systemer med et output på op til 15 kilowatt er også umagen værd for private forbrugere under visse betingelser.
Processen med et overblik
Et kraftvarmeværk fungerer i følgende rækkefølge:
- En gas-, diesel- eller dampdrevet motor driver en generator ved hjælp af en aksel. Større kraftvarmeværker bruger også gasturbiner i stedet for motorer. Gassen komprimeres og når høje temperaturer. Den varme gas driver derefter mindre vindmøller, som overfører den mekaniske energi til en generator.
- Generatoren producerer elektricitet. Det forbruges enten i husstanden eller i virksomheden eller strømmer ind i det offentlige elnet.
- En varmeveksler overfører udstødningsgasvarmen til opvarmningsvandet.
- Motorens kølevand og den varme motorolie overfører også varme til opvarmningsvandet ved hjælp af en varmeveksler.
Opførelse af et kraftvarmeværk
Opvarmningstypen består af følgende elementer:
- Motor
De mest almindelige motorer til kraftvarmeværker er gas-, diesel-, damp- og Stirling-motorer. Hver type motor har fordele og ulemper. Gasdrevne benzinmotorer betragtes som effektive og holdbare, men kræver regelmæssig vedligeholdelse. Dieselmotorer har den bedste effektivitet, men er dyrere end benzinmotorer. I tilfælde af Stirling-motorer, i modsætning til Otto- og dieselmotorer, leveres varmen udefra. De kan betjenes med træ eller træpiller og er derfor særligt miljøvenlige og kræver også lidt vedligeholdelse. Den elektriske effektivitet er imidlertid lavere end benzinmotorer. - Gasturbine (som et alternativ til motoren)
En kompressor komprimerer den omgivende luft til et højt tryk. Luft-gas-blandingen brænder i et forbrændingskammer og når høje temperaturer. Den varme gas driver generatoren. På grund af de høje omkostninger er en gasturbine kun umagen værd for større kraftvarmeværker. - Brændselscelle (som et alternativ til motoren)
I brændselsceller reagerer brint og ilt under såkaldt kold forbrænding. Dermed genererer de elektricitet og varme. Kraftvarmeværker med brændselscelledrev repræsenterer en relativt ny teknologi, da de arbejder CO2-neutralt spreder de sig mere og mere specielt i nano- og mikrovarmeværker. - Generator
Generatoren til generering af elektricitet kan være både synkron og asynkron. Den genererer trefaset vekselstrøm og er normalt forbundet med bygningens lavspændingssystem. Ejere af et termisk kraftværk af bloktype bruger elektriciteten selv eller fører den ind i det offentlige net. I det andet tilfælde modtager de vederlag fra netoperatøren og et yderligere fast tillæg i henhold til loven om kombineret varme og kraft.
Sådan fungerer en motordrevet kraftvarmeenhed.
- Varmeveksler Varmeveksleren
har til opgave at overføre varmen fra udstødningsgasserne, motorens kølevand og motorolien til servicevandet i varmekredsen. De mest almindeligt anvendte varmevekslere inkluderer skal- og rørvarmevekslere og pladevarmevekslere. - Kontrol
Styringen giver operatører af et kraftvarmeværk mulighed for at konfigurere forskellige parametre. Blandt andet bruger du den til at indstille driftstilstand. Moderne kraftvarmeværker kan styres via en app på den bærbare computer eller endda på smartphonen. - Peak load kedel
Peak load kedlen hører ikke til det termiske kraftværk af bloktypen. Om nødvendigt foregår operationen dog parallelt for at dække spidsbelastninger i varmeforbruget. Dimensionering af et termisk kraftværk af bloktypen i henhold til spidsbelastningen giver ikke økonomisk mening, da antallet af driftstimer forbliver for lavt. Et kraftvarmeværk, der dækker basisbelastningen, er meget mere effektivt. Alle typer kedler såsom gas- og oliekondenserende kedler er velegnede som et supplement til den kombinerede varme- og kraftenhed. - Bufferlagring
En bufferlagring er ikke obligatorisk i et kraftvarmeværk, men det giver økonomisk mening, især for private forbrugere, da varmt vandforbrug svinger kraftigt over dagen. Beholderen indeholder opvarmningsvand og bruges til at lagre overskydende varme. Hvis systemet ikke kan imødekomme efterspørgslen under spidsbelastninger, strømmer varmt vand ind i varmekredsen. For en kombineret varmeenhed med en ydelse på 50 kilowatt er bufferlageret ideelt 3.000 liter. For en nano-kombineret varmeenhed i et familiehus er 1.000 liter normalt tilstrækkelige.
Brændstof til opvarmning
Følgende brændstoffer bruges i et termisk kraftværk af bloktype afhængigt af drevteknologien:
- Naturgas, herunder flydende gas
- Biogas fra gårde
- Fyringsolie
- Vegetabilsk olie såsom rapsolie eller palmeolie (kun til visse dieselmotorer)
- Træpiller (kun til Stirling og dampmaskiner)
- Flis / trægas (kun til store kraftvarmeværker)
- Stenkul eller brunkul
Træpiller er en miljøvenlig måde at drive kraftvarmeværker på.
Klassificering af kraftvarmeværker efter ydeevne
Følgende tabel giver en oversigt over typer kombinerede varme- og kraftenheder:
|
betegnelse |
strøm |
brug |
teknologi |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Op til omkring 2,5 |
Enfamiliehuse |
Stirling-motor, dampmaskine, |
|
Mikroblok |
2,5 til 15 |
Lejlighedsbygninger |
Stirling- |
|
Mini |
15 til 50 |
Små fremstillingsvirksomheder, |
Gasmotor, dampmaskine, |
|
Kraftvarmeenheder |
50 til 250 |
Store produktionsanlæg, |
Gasturbiner, diesel- og |
fortolkning
Kraftvarmeværker kan designes med el eller varme. I den første variant er elproduktionen afgørende. Da systemerne producerer mere varme end elektricitet, og der mangler varmelagring, forbliver en stor del af varmen ubrugt. Derfor er de fleste af kraftvarmeværkerne dimensioneret i henhold til varmebehovet.
Distribution og fremtid for kraftvarmeværker
De fleste af komponenterne i en kombineret varme- og kraftenhed er ikke nye opfindelser. Stirling-motoren har eksisteret siden 1816. Generatorer har også produceret elektrisk energi siden anden halvdel af det 19. århundrede. Princippet om kombineret varme og kraft har også været kendt i lang tid. Allerede i 1902 genererede dampturbiner elektricitet i Beelitz-Heilstätten fjernvarmeanlæg, mens varmen fra dampen opvarmede bygningen.
På trods af dette var der i lang tid ingen måde at nedskære teknologien på, så kompakte systemer til privat energiproduktion var umagen værd. De første kraftvarmeværker kom på markedet i midten af 1980'erne. I 2000 trådte den første version af Combined Heat and Power Act i kraft. For første gang ydede det tilskud til ejere af kraftvarmeenheder. Justeringer blev foretaget i 2009 og 2016.
Danmark spiller en førende rolle i installationen af kraftvarmeværker i hele Europa. Allerede i 2005 kom 50 procent af den energi, der genereres der, fra kraftvarmeværker.
Også i Tyskland er antallet af kraftvarmeenheder til privat brug steget de seneste år. Denne type opvarmning er dog stadig ikke en af de mest almindelige. Der er for det meste historiske grunde til dette. Især decentral elproduktion steg kun hastigheden fra årtusindskiftet takket være lov om vedvarende energikilder. I forbindelse med energiomstillingen vil kraftvarmeværker sandsynligvis spille en stadig vigtigere rolle.
Krav til installation af varmen
- Hvis du vil installere en kombineret varme- og kraftenhed, skal varmesystemets returtemperatur være mindre end 70 grader Celsius. Hvis den er højere, kan varmeveksleren ikke længere aflede varmen fra motoren. I dette tilfælde fungerer systemet uøkonomisk. Hvis motoren bliver for varm, slukker systemet også for sig selv.
- Et andet krav er en forbindelse til den lokale gasrørledning, hvis en gasmotor driver generatoren. Dog kan nogle termiske kraftværker af bloktypen også drives med flydende gas.
- Når der installeres et kraftvarmeværk, kræves to ekstra elmålere. Mens den første måler den genererede elektricitet, registrerer den anden den andel, der strømmer ind i det offentlige net. Dette er blandt andet vigtigt, så du modtager en feed-in-takst fra netværksoperatøren.
Du kan ansøge om yderligere elmålere til dit kraftvarmeværk hos din netværksoperatør.
Effektivitet og anvendelsesområder for et kraftvarmeværk
Kraftvarmeværker anvendes i enkelt- og flerfamiliehuse, virksomheder og offentlige faciliteter såsom skoler og svømmebassiner. Da afskrivningstiden falder med systemets størrelse, installeres systemer med en ydelse på 50 kilowatt eller mere på mange hospitaler, kontorbygninger og skoler.
I princippet opnår et kombineret varme- og kraftværk en højere grad af effektivitet end alle andre typer opvarmning gennem kombinationen af varme og elproduktion. Hvis man kun ser på elproduktion, er den elektriske effektivitet mellem 25 og 40 procent. Imidlertid bruger et kombineret varme- og kraftværk kun en del af energien til at producere elektricitet. Dataark og statistik angiver derfor den samlede effektivitet.
Kraftvarmeværker genererer elektricitet meget mere effektivt end konventionelle kul- eller gaskraftværker. Et gennemsnitligt termisk kraftværk opnår en effektivitet på 45 til 50 procent. 50 til 55 procent af energien går tabt som varme. Yderligere energitab på 3 til 6 procent stammer fra eltransporten.
Kulfyrede og gasfyrede kraftværker med kombineret varme og kraft opnår en samlet effektivitet på 86 procent og derover. Imidlertid går 10 til 15 procent af den genvundne varme tabt i de lange rørledninger.
Grafikken nedenfor viser, hvorfor kombinationen af el og varmeproduktion er så effektiv. Med 100 enheder energi får du 36 enheder elektricitet og 51 enheder varme i eksemplet med et kombineret varme- og kraftværk. For den samme mængde elektricitet skal du beregne 80 energienheder med et konventionelt kraftværk med en effektivitet på 45 procent. Et decentraliseret gasopvarmningssystem med en effektivitet på 84 procent kræver yderligere 60 energienheder til varmen. Det samlede antal er 140 energienheder. Takket være kraftvarmeværket sparer du 40 procent energi i dette eksempel.
Et kraftvarmeværk bruger energien optimalt med minimale tab.
Fra et økologisk synspunkt kan et termisk kraftværk med blokform drives helt CO2-neutralt eller lavt CO2, hvis der anvendes brændstoffer som biodiesel, biogas eller træpiller. Selv når det drives med fossile brændstoffer, er et kraftvarmeværk miljøvenligt på grund af dets høje effektivitet.
Hvornår er en kombineret varme- og kraftenhed umagen værd? Sammenligning med andre varmeapparater
For så vidt angår konventionelle varmesystemer som gasopvarmning er effektiviteten af en kombineret varme- og kraftenhed kun lidt højere ved første øjekast. Moderne kedler opnår en effektivitet på 90 procent og derover. Når det kun gælder opvarmning, er kraftvarmeenheder ikke nødvendigvis mere effektive. Fordelen er, at de også producerer billig elektricitet på samme tid. Ejere sparer omkostninger ved at bruge billigere el.
Om et køb er umagen værd, afhænger af dit varme- og elforbrug. På grund af de højere anskaffelsesomkostninger sammenlignet med en konventionel kedel, er termiske kraftværker af bloktype især umagen værd for husstande og anlæg, der har et konstant varmebehov året rundt. En mikro- eller mini-kraftvarmeenhed skal være i drift i mindst 5.000 timer om året for at arbejde økonomisk.
Andre faktorer, der påvirker effektiviteten af et kraftvarmeværk, er investeringsomkostningerne, teknologien, de aktuelle priser på el og brændsel og ændringer i tilskudsprogrammer. Hvis du agter at installere en kombineret varme- og kraftenhed, anbefaler vi uafhængig, professionel rådgivning. Energirådgiveren vil arbejde sammen med dig for at lave en sammenlignende beregning, der tager alle parametre i betragtning.
Tip: Sammenlign effektiviteten og omkostningerne ved den kombinerede varme- og kraftenhed med andre typer opvarmning i vores kompakte opvarmningsoversigt.
Omkostninger ved et kraftvarmeværk
Omkostningerne til et kraftvarmeværk varierer afhængigt af størrelsen på systemet og den installerede teknologi. For et nano kombineret varme- og kraftværk starter de ved 15.000 euro. For en mikrokraftvarmeenhed skal du forvente 20.000 til 25.000 euro. Det er ikke kun købsprisen, der er afgørende. Forbindelsen til gas- og elektricitetsnetværket og tilbehør såsom bufferlagring kostede også flere tusinde euro.
Ud over investeringsomkostningerne skal du også tage vedligeholdelsesomkostningerne i betragtning ved beregning af rentabiliteten for en kombineret varme- og kraftenhed. For termiske kraftværker af nano- og mikroblok-typen er de mellem 500 og 1.000 euro eller 3 cent pr. Kilowatt time el produceret om året. Producenter af kraftvarmeværker tilbyder ofte fulde vedligeholdelseskontrakter.
Driftsomkostningerne for et kraftvarmeværk afhænger af brændstoffet. Med en naturgasdrevet nano-kombineret varme- og kraftenhed svarer forbruget til et konventionelt gasvarmer afhængigt af dine behov. Dertil kommer driftsomkostningerne til topbelastningskedlen.
Juridiske regler og finansiering
Den nuværende version af loven om kombineret varme og kraft fra 2016 regulerer promoveringen af kraftvarmeværker. Det inkluderer både faste tilskud til installationen og vederlag for den elektricitet, der genereres af opvarmningen.
Små termiske kraftværker af bloktypen med et output på op til 20 kilowatt (elektrisk output) modtager et forskudt tilskud fra BAFA. For eksempel koster et 10-kilowatt-system 3.400 euro. Særligt effektive kraftvarmeværker med en anden udstødningsgasvarmeveksler til at udnytte brændværdien modtager yderligere 25 procent af basistilskuddet. Staten belønner systemer med en høj elektrisk effektivitet med 60 procent af basistilskuddet.
Tip:Indsend finansieringsansøgningen til din kraftvarmeenhed inden 31. december 2020, da dette finansieringsprogram udløber ved udgangen af året!
Kreditanstalt für Wiederaufbau understøtter også køb af kraftvarmeværker. Med programmerne 271 og 281 til store termiske kraftværker af bloktypen og 270 til små systemer yder det lån med lave renter og tilbagebetalingsfrie år, der også kan dække de fulde anskaffelsesomkostninger. Program 433 kan bruges til minisystemer med et brændselscelledrev. Der er et tilskud på op til 28.200 euro pr. Brændselscelle.
Ud over engangsbetalinger og lån med lave renter til køb, indeholder lov om kombineret varme og kraft også tilskud til hele driftstiden for kraftvarmeenheden. Ud over vederlag til netværksoperatøren modtager ejere en ekstra bonus for den strøm, der føres ind i det offentlige netværk. Afhængigt af systemets elektriske output varierer det fra 8 cent per kilowattime for systemer op til 50 kilowatt output til 4,4 cent per kilowattime for store kraftvarmeværker med en ydelse på over 250 kilowatt. Tilskuddet er begrænset til en bestemt periode. For mini-block varme- og kraftværker op til 50 kilowatt er det 60.000 fulde timers brug.
