Kombinert varme- og kraftverk genererer samtidig varme og strøm. Dette løser to problemer i husholdningen. Staten fremmer også moderne, økologisk oppvarming. Men for hvem er det verdt en kombinert varmeenhet? I vår guide forklarer vi hvordan det fungerer, installasjonskrav og kostnader.
Kraftvarme som oppvarming: de viktigste tingene med et blikk
- Et kraftvarmeanlegg genererer samtidig strøm og varme i henhold til prinsippet om kombinert varme og kraft, hvorpå varmen fra strømproduksjonen strømmer inn i varmekretsen. Av denne grunn er effektiviteten til systemet rundt 90 prosent. Til sammenligning: et gjennomsnittlig gasskraftverk kommer på rundt 40 prosent.
- De kompakte systemene består av en drivenhet (motor, turbin eller brenselcelle), en generator og en varmeveksler.
- Kraftanlegg kan drives med gass, olje, trepellets eller kull, avhengig av installert teknologi. Med biogass eller tre som drivstoff kan du jobbe helt CO2-nøytralt.
- Avhengig av størrelse og effekt er de kombinerte varme- og kraftanleggene delt inn i nano-, mikro-, mini- og standard kraftvarmeenheter. Nano kombinert varme- og kraftverk er også økonomisk for familier.
- Hvorvidt en termisk kraftstasjon av blokktypen er verdt, avhenger av kapasitetsutnyttelsen. I tillegg til lang kjøretid er strømprisen til nettoperatøren også avgjørende for en kort amortiseringsperiode.
- Federal Office of Economics and Control (BAFA) støtter installasjon av kraftvarmeanlegg med faste tilskudd og avgifter på strømtaksten. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) og noen føderale stater tilbyr også økonomiske insentiver og billige lån.
Hvordan fungerer et kraftvarmeanlegg?
Et kraftvarmeanlegg er et system som genererer både strøm og varme. Den bruker prinsippet om kombinert varme og kraft, ifølge hvilken den mekaniske energien til en motor (kraft) brukes til å generere elektrisitet og dens varme eksosgasser gir varme. Dette betyr at kraftvarmeanlegg oppnår høy effektivitet på 90 prosent og over. Den genererte energien består av et gjennomsnitt på en tredjedel elektrisitet og to tredjedeler varme. Imidlertid varierer disse tallene avhengig av system og design. Teknologien til en kombinert varme- og kraftenhet passer inn i et hus som er omtrent på størrelse med et kjøleskap. Navnet termisk kraftstasjon av typen blokk er avledet fra de kompakte dimensjonene.
Noen kull- og gasskraftverk bruker også kombinert varme og kraft. I 2017 var andelen av nettoproduksjon i Tyskland 21 prosent. I et stort kraftverk transporterer rørledninger imidlertid varmen til forbruksstedet, siden boligområder og virksomheter er langt borte. Tap er uunngåelig underveis. Det spesielle ved kombinerte varme- og kraftverk er at både elektrisitet og varme genereres lokalt og desentralt. Dette øker effektiviteten betydelig sammenlignet med sentraliserte systemer.
På grunn av deres lave tap og muligheten for å drive dem med biodrivstoff, er kraftvarme kraftverk en pilar i energiomstillingen. Siden 2000 har den føderale regjeringen markedsført eiere av kraftvarmeanlegg med forskjellige betalingsmodeller. De siste årene har antall såkalte nano- og mikrovarmeenheter på markedet økt. Systemene med en effekt på opptil 15 kilowatt er også verdt for private forbrukere under visse forhold.
Prosessen med et øyeblikk
Et kraftvarmeanlegg fungerer i følgende rekkefølge:
- En gass-, diesel- eller dampdrevet motor driver en generator ved hjelp av en aksel. Større kraftvarmeanlegg bruker også gasturbiner i stedet for motorer. Gassen komprimeres og når høye temperaturer. Den varme gassen driver deretter mindre turbiner, som overfører den mekaniske energien til en generator.
- Generatoren produserer strøm. Det forbrukes enten i husholdningen eller i selskapet eller strømmer inn i det offentlige kraftnettet.
- En varmeveksler overfører avgassvarmen til oppvarmingsvannet.
- Motorens kjølevann og den varme motoroljen overfører også varme til oppvarmingsvannet ved hjelp av en varmeveksler.
Bygging av et kraftvarmeanlegg
Oppvarmingstypen består av følgende elementer:
- Motor
De vanligste motorene for kraftvarmeanlegg er gass-, diesel-, damp- og Stirling-motorer. Hver type motor har fordeler og ulemper. Bensindrevne bensinmotorer anses å være effektive og holdbare, men krever regelmessig vedlikehold. Dieselmotorer har best effektivitet, men er dyrere enn bensinmotorer. I tilfelle av Stirling-motorer, i motsetning til Otto- og dieselmotorer, tilføres varmen utenfra. De kan betjenes med tre eller pellets og er derfor spesielt miljøvennlige og krever også lite vedlikehold. Den elektriske effektiviteten er imidlertid lavere enn for bensinmotorer. - Gassturbin (som et alternativ til motoren)
En kompressor komprimerer omgivende luft til høyt trykk. Luft-gassblandingen brenner i et forbrenningskammer og når høye temperaturer. Den varme gassen driver generatoren. På grunn av de høye kostnadene, er en gasturbin bare verdt for større kraftvarmeanlegg. - Drivstoffcelle (som et alternativ til motoren)
I brenselceller reagerer hydrogen og oksygen under det som kalles kald forbrenning. Ved å gjøre det genererer de strøm og varme. Kraftanlegg med drivstoffcelledrift er en relativt ny teknologi, siden de arbeider CO2-nøytralt, sprer de seg mer og mer, spesielt i nano- og mikrokraftverk. - Generator
Generatoren for å generere elektrisitet kan være både synkron og asynkron. Den genererer trefaset vekselstrøm og er vanligvis koblet til bygningens lavspenningssystem. Eiere av en termisk kraftstasjon av blokktypen bruker strømmen selv eller mater den inn i det offentlige nettet. I det andre tilfellet mottar de godtgjørelse fra nettoperatøren og en ekstra fast tilleggsavgift i henhold til lov om kombinert varme og kraft.
Hvordan en motordrevet kraftvarmeenhet fungerer.
- Varmeveksler Varmeveksleren
har til oppgave å overføre varmen fra eksosgassene, motorens kjølevann og motoroljen til servicevannet i varmekretsen. De mest brukte varmevekslerne inkluderer skall- og rørvarmevekslere og platevarmevekslere. - Kontroll
Kontrollen gjør det mulig for operatører av et kraftvarmeanlegg å konfigurere forskjellige parametere. Blant annet bruker du den til å stille inn driftsmodus. Moderne kraftvarmeanlegg kan styres via en app på den bærbare datamaskinen eller til og med på smarttelefonen. - Toppbelastningskjelen
toppbelastningen kjelen ikke hører til den termiske kraftverk blokk-type. Imidlertid skjer operasjonen om nødvendig parallelt for å dekke toppbelastninger i varmeforbruket. Å dimensjonere en termisk kraftstasjon av blokktypen i henhold til toppbelastningene gir ikke økonomisk mening, ettersom antall driftstimer vil forbli for lavt. Et kraftvarmeanlegg som dekker grunnbelastningen er mye mer effektivt. Alle typer kjeler som gass- og oljekondenserende kjeler er egnet som et supplement til kraftvarmeenheten. - Bufferlagring
En bufferlagring er ikke obligatorisk i et kraftvarmeanlegg, men det gir økonomisk mening, spesielt for private forbrukere, ettersom varmtvannsforbruket svinger kraftig gjennom dagen. Beholderen inneholder oppvarmingsvann og brukes til å lagre overflødig varme. Hvis systemet ikke kan oppfylle etterspørselen under toppbelastning, strømmer varmtvannet inn i varmekretsen. For en kombinert varmeenhet med en ytelse på 50 kilowatt er bufferlageret ideelt 3000 liter, for en nano-kombinert varmeenhet i et familiehus er det vanligvis 1000 liter tilstrekkelig.
Drivstoff for oppvarming
Følgende drivstoff brukes i en termisk kraftstasjon av blokktypen, avhengig av drivteknologi:
- Naturgass, inkludert flytende gass
- Biogass fra gårder
- Fyringsolje
- Vegetabilsk olje som rapsolje eller palmeolje (bare for visse dieselmotorer)
- Trepellets (kun for Stirling og dampmotorer)
- Flis / tregass (bare for store kraftvarmeanlegg)
- Hard kull eller brunkull
Trepellets er en miljøvennlig måte å drive kombinert varme- og kraftverk på.
Klassifisering av kraftvarmeanlegg etter ytelse
Følgende tabell gir en oversikt over typer kraftvarmeenheter:
|
betegnelse |
makt |
bruk |
teknologi |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Opptil rundt 2,5 |
Enebolig |
Stirling-motor, dampmotor, |
|
Mikroblokk |
2,5 til 15 |
Leilighetsbygg |
Stirling- |
|
Mini |
15 til 50 |
Små produksjonsbedrifter, |
Bensinmotor, dampmotor, |
|
Kraftvarmeenheter |
50 til 250 |
Store produksjonsanlegg, |
Bensinturbiner, diesel- og |
tolkning
Kraftanlegg kan utformes med strøm eller varme. I den første varianten er strømproduksjon avgjørende. Men siden systemene produserer mer varme enn elektrisitet og det mangler varmelagring, forblir en stor del av varmen ubrukt. Derfor er det meste av kraftvarmeanlegg dimensjonert i henhold til varmebehovet.
Distribusjon og fremtid for kraftvarmeanlegg
De fleste komponentene i en kombinert varme- og kraftenhet er ikke nye oppfinnelser. Stirling-motoren har eksistert siden 1816. Generatorer har også produsert elektrisk energi siden andre halvdel av 1800-tallet. Prinsippet om kombinert varme og kraft har også vært kjent i lang tid. Allerede i 1902 produserte dampturbiner elektrisitet i Beelitz-Heilstätten fjernvarmeanlegg, mens varmen fra dampen varmet opp bygningen.
Likevel var det lenge ikke mulig å redusere teknologien slik at kompakte systemer for privat energiproduksjon var verdt. De første kraft- og kraftverkene kom på markedet på midten av 1980-tallet. I 2000 trådte den første versjonen av Combined Heat and Power Act i kraft. For første gang ga det tilskudd til eiere av kraftvarmeenheter. Justeringer ble gjort i 2009 og 2016.
Danmark spiller en ledende rolle i installasjonen av kraftvarmeanlegg i hele Europa. Allerede i 2005 kom 50 prosent av energien som ble generert der fra kraftvarmeanlegg.
Også i Tyskland har antall kraftvarmeenheter for privat bruk økt de siste årene. Imidlertid er denne typen oppvarming fortsatt ikke en av de vanligste. Det er stort sett historiske årsaker til dette. Spesielt økte desentralisert kraftproduksjon bare fart ved årtusenskiftet takket være lov om fornybare energikilder. I sammenheng med energiomgangen vil trolig kraft- og kraftverk trolig spille en stadig viktigere rolle.
Krav til installasjon av oppvarmingen
- Hvis du vil installere en kombinert varmeenhet, bør returtemperaturen til varmesystemet være mindre enn 70 grader Celsius. Hvis den er høyere, kan ikke varmeveksleren lenger avgi varmen fra motoren. I dette tilfellet fungerer systemet uøkonomisk. Hvis motoren blir for varm, slår systemet seg også av.
- Et annet krav er en tilkobling til den lokale gassrørledningen hvis en bensinmotor driver generatoren. Imidlertid kan noen termiske kraftstasjoner av blokktypen også drives med flytende gass.
- Når du installerer et kraftvarmeanlegg, kreves to ekstra strømmålere. Mens den første måler den genererte elektrisiteten, registrerer den andre andelen som strømmer inn i det offentlige nettet. Dette er viktig blant annet slik at du får en innmatingstariff fra nettoperatøren.
Du kan søke om ekstra strømmålere for kraftvarmeenheten din fra nettoperatøren.
Effektivitet og bruksområder for et kraftvarmeanlegg
Kraftvarmeanlegg brukes i enkelt- og flerfamiliehus, virksomheter og offentlige anlegg som skoler og svømmebassenger. Siden avskrivningstiden synker med størrelsen på systemet, er det installert systemer med en effekt på 50 kilowatt eller mer på mange sykehus, kontorbygg og skoler.
I prinsippet oppnår et kraftvarmeanlegg en høyere grad av effektivitet enn alle andre typer oppvarming gjennom kombinasjonen av varme og kraftproduksjon. Hvis du bare ser på kraftproduksjon, er den elektriske effektiviteten mellom 25 og 40 prosent. Imidlertid bruker et kraftvarmeanlegg bare en del av energien til å produsere elektrisitet. Dataark og statistikk indikerer derfor den samlede effektiviteten.
Kraftvarmeanlegg genererer elektrisitet mye mer effektivt enn konvensjonelle kull- eller gasskraftverk. Et gjennomsnittlig termisk kraftverk oppnår en virkningsgrad på 45 til 50 prosent. 50 til 55 prosent av energien går tapt som varme. Ytterligere energitap på 3 til 6 prosent oppstår fra strømtransporten.
Kullkraftverk og gassfyrte kraftverk med kombinert varme og kraft oppnår en samlet effektivitet på 86 prosent og over. Imidlertid går 10 til 15 prosent av den gjenvunne varmen tapt i de lange rørledningene.
Grafikken nedenfor viser hvorfor kombinasjonen av elektrisitet og varmeproduksjon er så effektiv. Med 100 enheter energi, i eksemplet med en termisk kraftstasjon av blokkart, får du 36 enheter strøm og 51 enheter varme. For samme mengde strøm må du beregne 80 energienheter med et konvensjonelt kraftverk med en effektivitet på 45 prosent. Et desentralisert gassoppvarmingssystem med en effektivitet på 84 prosent krever ytterligere 60 energienheter for varmen. Totalt er 140 energienheter. Takket være kraftvarmeenheten sparer du 40 prosent energi i dette eksemplet.
Et kraftvarmeanlegg bruker energien optimalt med minimale tap.
Fra et økologisk synspunkt kan en termisk kraftstasjon av blokktyp drives helt CO2-nøytral eller lav-CO2 hvis det brukes drivstoff som biodiesel, biogass eller trepellets. Selv når det drives med fossilt brensel, er et kraftvarmeværk miljøvennlig på grunn av dets høye effektivitetsnivå.
Når lønner det seg å kombinere varme- og kraftverk? Sammenligning med andre ovner
Når det gjelder konvensjonelle varmesystemer som gassoppvarming, er effektiviteten til en kombinert varme- og kraftenhet bare litt høyere ved første øyekast. Moderne kjeler oppnår en effektivitet på 90 prosent og over. Bare når det gjelder oppvarming, er ikke kombinerte varme- og kraftenheter nødvendigvis mer effektive. Fordelen er mye mer at de også produserer billig strøm samtidig. Eiere sparer kostnader ved å bruke billigere strøm.
Hvorvidt et kjøp er verdt for deg eller ikke, avhenger av varme- og strømforbruket. På grunn av de høyere anskaffelseskostnadene sammenlignet med en konvensjonell kjele, er kraftvarmeenheter spesielt verdt for husholdninger og anlegg som har et konstant varmebehov hele året. En mikro- eller minikraftvarmeenhet bør være i drift i minst 5000 timer per år for å kunne jobbe økonomisk.
Andre faktorer som påvirker effektiviteten til et kraftvarmeanlegg er investeringskostnadene, teknologien, dagens priser på nettstrøm og drivstoff og endringer i finansieringsprogrammer. Hvis du har tenkt å installere en kombinert varmeenhet, anbefaler vi uavhengig, profesjonell rådgivning. Energirådgiveren vil jobbe sammen med deg for å lage en sammenlignende beregning som tar hensyn til alle parametere.
Tips: Sammenlign effektiviteten og kostnadene for den kombinerte varme- og kraftenheten med andre typer oppvarming i vår kompakte varmeoversikt.
Kostnad for kombinert varme- og kraftverk
Kostnadene for en kombinert varmeenhet varierer avhengig av størrelsen på systemet og installert teknologi. For et nanovarmekraftverk starter de på 15 000 euro. For en mikrokraftvarmeenhet, bør du forvente 20.000 til 25.000 euro. Det er ikke bare kjøpesummen som er avgjørende. Tilkoblingen til gass- og strømnettet og tilbehør som bufferlagring koster også flere tusen euro.
I tillegg til investeringskostnadene, bør du også vurdere vedlikeholdskostnadene når du beregner lønnsomheten til en kraftvarmeenhet. For termiske kraftstasjoner av nano- og mikroblokk er de mellom 500 og 1000 euro eller 3 cent per kilowattime strøm produsert per år. Produsenter av kraftvarmeanlegg tilbyr ofte full vedlikeholdskontrakt.
Driftskostnadene for et kraftvarmeanlegg avhenger av drivstoffet. Med en naturgassdrevet nano-kombinert varme- og kraftenhet, avhengig av dine behov, er forbruket omtrent som for vanlig gassoppvarming. I tillegg til dette er driftskostnadene til topplastkjelen.
Juridiske forskrifter og finansiering
Den nåværende versjonen av lov om kombinert varme og kraft fra 2016 regulerer markedsføring av kraftvarmeanlegg. Det inkluderer både faste tilskudd til installasjonen og godtgjørelse for strømmen som oppvarmes.
Små termiske kraftstasjoner av blokktypen med en effekt på opptil 20 kilowatt (elektrisk effekt) får et finansieringsbeløp forskjøvet trinnvis fra BAFA. For eksempel koster et 10 kilowatt system 3.400 euro. Spesielt effektive kraftvarmeanlegg med en andre avgassvarmeveksler for utnyttelse av brennverdien får ytterligere 25 prosent av basistilskuddet. Staten belønner systemer med høy elektrisk effektivitet med 60 prosent av grunnfinansieringen.
Tips:Send inn finansieringssøknaden for kraftvarmeenheten din innen 31. desember 2020, da dette finansieringsprogrammet utløper på slutten av året!
Kreditanstalt für Wiederaufbau støtter også kjøp av kraftvarmeanlegg. Med programmene 271 og 281 for store termiske kraftstasjoner av blokktypen og 270 for små systemer, gir den lån med lave renter og tilbakebetalingsfrie år som også kan dekke hele anskaffelseskostnadene. Program 433 kan brukes til minisystemer med drivstoffcellestasjon. Det er et tilskudd på opptil 28.200 euro per brenselcelle.
I tillegg til engangsutbetalinger og lavrentelån for kjøp, gir kraftvarmeloven også tilskudd for hele driftstiden til kraftvarmen. I tillegg til godtgjørelsen til nettoperatøren, får eierne en ekstra bonus for strømmen som føres inn i det offentlige nettet. Avhengig av systemets elektriske effekt, varierer det fra 8 cent per kilowatt time for systemer opp til 50 kilowatt til 4,4 cent per kilowatt time for store kraftvarmeanlegg med en effekt på over 250 kilowatt. Tilskuddet er begrenset til en viss periode. Når det gjelder mini-kraftvarmeenheter på opptil 50 kilowatt, er det 60000 timer full bruk.
