Kraftvärmeverk producerar samtidigt värme och el. Detta löser två problem i hushållet. Staten främjar också modern, ekologisk uppvärmning. Men för vem är det värt att kombinera en kraftvärmeenhet? I vår guide förklarar vi hur det fungerar, installationskrav och kostnader.
Kraftvärme som uppvärmning: de viktigaste sakerna i ett ögonkast
- Ett kraftvärmeverk genererar samtidigt el och värme enligt principen för kombinerad värme och kraft, enligt vilken värmen från elproduktion rinner in i värmekretsen. Av denna anledning är systemets effektivitet cirka 90 procent. Som jämförelse: ett genomsnittligt gaskraftverk uppgår till cirka 40 procent.
- De kompakta systemen består av en drivenhet (motor, turbin eller bränslecell), en generator och en värmeväxlare.
- Kraftvärmeverk kan drivas med gas, olja, vedpellets eller kol, beroende på vilken teknik som är installerad. Med biogas eller trä som bränsle kan du arbeta helt CO2-neutralt.
- Beroende på storlek och prestanda är de kombinerade värme- och energisystemen uppdelade i nano-, mikro-, mini- och standardvärmeenheter. Nano kraftvärmeverk är också ekonomiska för familjer.
- Huruvida ett kraftvärmeverk är lönsamt beror på kapacitetsutnyttjandet. Förutom en lång körtid är nätoperatörens elpris också avgörande för en kort avskrivningsperiod.
- Federal Office of Economics and Control (BAFA) stöder installationen av kraftvärmeverk med fasta subventioner och tillägg på elavgiften. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) och vissa federala stater erbjuder också ekonomiska incitament och billiga lån.
Hur fungerar ett kraftvärmeverk?
Ett kraftvärmeverk är ett system som genererar både el och värme. Den använder principen om kombinerad värme och kraft, enligt vilken motorns mekaniska energi (kraft) används för att generera elektricitet och dess heta avgaser ger värme. Detta innebär att kraftvärmeverk uppnår hög effektivitet på 90 procent och däröver. Den genererade energin består av i genomsnitt en tredjedel el och två tredjedelar värme. Dessa siffror varierar dock beroende på system och design. Tekniken för en kombinerad värme- och kraftenhet passar in i ett hus som är ungefär lika stort som ett kylskåp. Namnet termiskt kraftverk av blocktyp härrör från de kompakta måtten.
Vissa kol- och gaskraftverk använder också kombinerad värme och kraft. År 2017 var deras andel av nettoproduktionen i Tyskland 21 procent. Men i ett stort kraftverk transporterar rörledningar värmen till konsumtionsplatsen, eftersom bostadsområden och företag är långt borta. Förluster är oundvikliga på vägen. Specialiteten hos termiska kraftverk av blocktyp är att både elen och värmen genereras lokalt och decentralt. Detta ökar deras effektivitet avsevärt jämfört med centraliserade system.
På grund av deras låga förluster och möjligheten att driva dem med biobränsle är termiska kraftverk av blocktyp en pelare i energiomgången. Den federala regeringen har sedan 2000 främjat ägare av värmekraftverk av blocktyp med olika ersättningsmodeller. Under de senaste åren har antalet så kallade nano- och mikrovärmeenheter ökat. Systemen med en effekt på upp till 15 kilowatt är också värda för privata konsumenter under vissa förhållanden.
Processen en överblick
Ett kraftvärmeverk fungerar i följande ordning:
- En gas-, diesel- eller ångmotor driver en generator med hjälp av en axel. Större kraftvärmeverk använder också gasturbiner istället för motorer. Gasen komprimeras och når höga temperaturer. Den heta gasen driver sedan mindre turbiner som överför den mekaniska energin till en generator.
- Generatorn producerar el. Det konsumeras antingen i hushållet eller i företaget eller flyter till det offentliga kraftnätet.
- En värmeväxlare överför avgasvärmen till uppvärmningsvattnet.
- Motorns kylvatten och den heta motoroljan överför också värme till värmevattnet med hjälp av en värmeväxlare.
Byggande av kraftvärmeverk
Uppvärmningstypen består av följande element:
- Motor
De vanligaste motorerna för kraftvärmeverk är gas-, diesel-, ång- och Stirling-motorer. Varje motortyp har fördelar och nackdelar. Bensindrivna bensinmotorer anses vara effektiva och hållbara men kräver regelbundet underhåll. Dieselmotorer har bäst effektivitet men är dyrare än bensinmotorer. För Stirling-motorer, till skillnad från Otto- och dieselmotorer, tillförs värmen från utsidan. De kan manövreras med trä eller pellets och är därför särskilt miljövänliga och kräver också lite underhåll. Den elektriska verkningsgraden är dock lägre än för bensinmotorer. - Gasturbin (som ett alternativ till motorn)
En kompressor komprimerar omgivande luft till högt tryck. Luft-gasblandningen brinner i en förbränningskammare och når höga temperaturer. Den heta gasen driver generatorn. På grund av de höga kostnaderna är en gasturbin bara värdefullt för större kraftvärmeverk. - Bränslecell (som ett alternativ till motorn)
I bränsleceller reagerar väte och syre under så kallad kall förbränning. På så sätt genererar de el och värme. Kraftvärmeverk med bränslecellsdrift representerar en relativt ny teknik, eftersom de arbetar CO2-neutralt sprider de sig mer och mer speciellt i nano- och mikrokraftverk. - Generator
Generatorn för att generera el kan vara både synkron och asynkron. Den genererar trefas växelström och är vanligtvis ansluten till byggnadens lågspänningssystem. Ägare av ett värmekraftverk av blocktyp använder själva elen eller matar in den i det allmänna elnätet. I det andra fallet får de ersättning från nätoperatören och en ytterligare fast tilläggsavgift enligt Combined Heat and Power Act.
Hur ett motordrivet kraftvärmeverk fungerar.
- Värmeväxlare Värmeväxlaren
har till uppgift att överföra värmen från avgaserna, motorns kylvatten och motoroljan till servicevattnet i värmekretsen. De mest använda värmeväxlarna inkluderar skal- och rörvärmeväxlare och plattvärmeväxlare. - Kontroll
Med kontrollen kan operatörer av ett kraftvärmeverk konfigurera olika parametrar. Bland annat använder du den för att ställa in driftläge. Moderna kraftvärmeverk kan styras via en app på den bärbara datorn eller till och med på smarttelefonen. - Toppbelastning panna
Den toppbelastning pannan tillhör inte den kombinerade värme- och kraftverk. Om det behövs sker dock drift parallellt för att täcka toppbelastningar i värmeförbrukningen. Dimensionering av ett värmekraftverk av blocktyp enligt toppbelastningarna är inte ekonomiskt förnuftigt eftersom antalet arbetstimmar förblir för lågt. Ett kraftvärmeverk som täcker baslasten är mycket effektivare. Alla typer av pannor som gas- och oljekondenserande pannor är lämpliga som ett komplement till kraftvärmeenheten. - Buffertlagring
En buffertlagring är inte obligatorisk i ett termiskt kraftverk av blocktyp, men det är ekonomiskt vettigt, särskilt för privata konsumenter, eftersom varmvattenförbrukningen fluktuerar kraftigt under dagen. Behållaren innehåller värmevatten och används för att lagra överflödig värme. Om systemet inte kan möta efterfrågan under toppbelastningar rinner varmvattnet in i värmekretsen. För en kombinerad värme- och kraftenhet med en effekt på 50 kilowatt är buffertlagringen idealiskt 3000 liter, för en nano-kombinerad värme- och kraftenhet i ett familjehus räcker vanligtvis 1000 liter.
Bränsle för uppvärmning
Följande bränslen används i ett termiskt kraftverk av blocktyp, beroende på drivteknik:
- Naturgas, inklusive flytande gas
- Biogas från gårdar
- Värmeolja
- Vegetabilisk olja som rapsolja eller palmolja (endast för vissa dieselmotorer)
- Träpellets (endast för Stirling- och ångmotorer)
- Flis / vedgas (endast för stora kraftvärmeverk)
- Stenkol eller brunkol
Träpellets är ett miljövänligt sätt att driva kraftvärmeverk.
Klassificering av kraftvärmeverk enligt prestanda
Följande tabell ger en översikt över typerna av kraftvärmeenheter:
|
beteckning |
kraft |
använda sig av |
teknologi |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Upp till cirka 2,5 |
Enfamiljshus |
Stirlingmotor, ångmotor, |
|
Termiska |
2,5 till 15 |
Lägenhetsbyggnader |
Stirlingmotor |
|
Mini |
15 till 50 |
Små tillverkningsföretag, |
Bensinmotor, ångmotor, |
|
Kraftvärmeenheter |
50 till 250 |
Stora tillverkningsanläggningar, |
Gasturbiner, diesel- och |
tolkning
Kraftvärmeverk kan utformas med el eller värme. I den första varianten är elproduktionen avgörande. Men eftersom systemen producerar mer värme än elektricitet och det saknas värmelagring förblir en stor del av värmen oanvänd. Därför är de flesta kraftvärmeenheter dimensionerade efter värmebehovet.
Distribution och framtid för kraftvärmeverk
De flesta komponenterna i en kombinerad värme- och kraftenhet är inte nya uppfinningar. Stirling-motorn har funnits sedan 1816. Generatorer har också producerat elektrisk energi sedan andra hälften av 1800-talet. Principen om kombinerad värme och kraft har också varit känd under lång tid. Redan 1902 genererade ångturbiner el i Beelitz-Heilstättens fjärrvärmeverk medan värmen från ångan värmde byggnaden.
Ändå fanns det länge inget sätt att minska tekniken så att kompakta system för privat energiproduktion var värda. De första kraftvärmeenheterna kom på marknaden i mitten av 1980-talet. År 2000 trädde den första versionen av Combined Heat and Power Act i kraft. För första gången gav det bidrag till ägare av kraftvärmeenheter. Justeringar gjordes 2009 och 2016.
Danmark spelar en ledande roll i installationen av kraftvärmeverk i hela Europa. Redan 2005 kom 50 procent av den energi som genererades där från kraftvärmeverk.
Även i Tyskland har antalet kraftvärmeenheter för privat bruk ökat de senaste åren. Men denna typ av uppvärmning är fortfarande inte en av de vanligaste. Det finns mest historiska skäl till detta. I synnerhet ökade decentraliserad kraftproduktion bara hastigheten från årtusenskiftet tack vare lagen om förnybar energi. I samband med energiomgången kommer troligen också kraftvärmeverk att spela en allt viktigare roll.
Krav för installation av värmen
- Om du vill installera en kombinerad värme- och kraftenhet bör returtemperaturen för ditt värmesystem vara mindre än 70 grader Celsius. Om den är högre kan värmeväxlaren inte längre avge värmen från motorn. I det här fallet fungerar systemet oekonomiskt. Om motorn blir för varm stänger systemet också av sig själv.
- Ett annat krav är en anslutning till den lokala gasledningen om en gasmotor driver generatorn. Vissa termiska kraftverk av blocktyp kan dock också drivas med flytande gas.
- Vid installation av ett kraftvärmeverk krävs ytterligare två elmätare. Medan den första mäter den genererade elen, registrerar den andra den andel som flyter in i det allmänna nätet. Detta är bland annat viktigt så att du får en inmatningsavgift från nätoperatören.
Du kan ansöka om ytterligare elmätare för din kraftvärmeenhet från din nätoperatör.
Effektivitet och användningsområden för ett kraftvärmeverk
Kraftvärmeverk används i en- och flerfamiljshus, företag och offentliga anläggningar som skolor och simbassänger. Eftersom avskrivningstiden minskar med systemets storlek installeras system med en effekt på 50 kilowatt eller mer på många sjukhus, kontorsbyggnader och skolor.
I princip uppnår ett kraftvärmeverk en högre effektivitetsgrad än alla andra typer av uppvärmning på grund av kombinationen av värme och elproduktion. Om man bara tittar på kraftproduktion ligger den elektriska verkningsgraden mellan 25 och 40 procent. Ett kraftvärmeverk använder dock bara en del av energin för att producera el. Datablad och statistik anger därför den totala effektiviteten.
Kraftvärmeverk producerar elektricitet mycket mer effektivt än konventionella kol- eller gaskraftverk. Ett genomsnittligt värmekraftverk uppnår en verkningsgrad på 45 till 50 procent. 50 till 55 procent av energin går förlorad som värme. Ytterligare energiförluster på 3 till 6 procent uppstår från eltransporten.
Koleldade och gaseldade kraftverk med kombinerad värme och kraft uppnår en total effektivitet på 86 procent och däröver. Men 10 till 15 procent av den utvunna värmen går förlorad i de långa rörledningarna.
Bilden nedan visar varför kombinationen av el och värmeproduktion är så effektiv. Med 100 enheter energi, i exemplet med ett termiskt kraftverk av blocktyp, får du 36 enheter el och 51 värmeenheter. För samma mängd el skulle du behöva beräkna 80 energienheter med ett konventionellt kraftverk med en verkningsgrad på 45 procent. Ett decentraliserat gasuppvärmningssystem med en verkningsgrad på 84 procent kräver ytterligare 60 energienheter för värmen. Totalt är 140 energienheter. Tack vare kraftvärmeenheten sparar du 40 procent energi i detta exempel.
Ett kraftvärmeverk använder energin optimalt med minimala förluster.
Ur ekologisk synvinkel kan ett termiskt kraftverk av blocktyp drivas helt koldioxidneutralt eller koldioxidsnålt om bränslen som biodiesel, biogas eller vedpellets används. Även när det drivs med fossila bränslen är ett kraftvärmeverk miljövänligt på grund av dess höga effektivitet.
När är det värt ett kraftvärmeverk? Jämförelse med andra värmare
När det gäller konventionella värmesystem som gasuppvärmning är effektiviteten hos en kombinerad värme- och kraftenhet bara något högre vid första anblicken. Moderna pannor uppnår en verkningsgrad på 90 procent och högre. Enbart när det gäller uppvärmning är kraftvärmeenheter inte nödvändigtvis mer effektiva. Fördelen är att de också producerar billig el samtidigt. Ägare sparar kostnader genom att använda billigare el.
Huruvida ett köp är värdefullt för dig eller inte beror på din värme- och elförbrukning. På grund av de högre anskaffningskostnaderna jämfört med en konventionell panna är värmekraftverk av blocktyp särskilt värda för hushåll och anläggningar som har ett konstant värmebehov året runt. En mikro- eller mini-kraftvärmeenhet bör vara i drift i minst 5000 timmar per år för att kunna arbeta ekonomiskt.
Andra faktorer som påverkar effektiviteten i ett kraftvärmeverk är investeringskostnaderna, tekniken, de aktuella priserna på el och bränslen samt förändringar i subventionsprogram. Om du tänker installera en kraftvärmeenhet rekommenderar vi oberoende, professionell rådgivning. Energirådgivaren kommer att arbeta med dig för att göra en jämförelseberäkning som tar hänsyn till alla parametrar.
Tips: Jämför effektiviteten och kostnaderna för kraftvärmeenheten med andra typer av värme i vår kompakta värmeöversikt.
Kostnad för ett kraftvärmeverk
Kostnaderna för ett termiskt kraftverk av blocktyp varierar beroende på systemets storlek och den installerade tekniken. För ett nano-kraftvärmeverk börjar de på 15 000 euro. För en mikrokraftvärmeenhet bör du förvänta dig 20 000 till 25 000 euro. Det är inte bara inköpspriset som är avgörande. Anslutningen till gas- och elnätet och tillbehör som buffertlagring kostar också flera tusen euro.
Förutom investeringskostnaderna bör du också ta hänsyn till underhållskostnaderna när du beräknar lönsamheten för en kraftvärmeenhet. För värmekraftverk av nano- och mikroblock är de mellan 500 och 1000 euro eller 3 cent per kilowattimme el som produceras per år. Tillverkare av kraftvärmeverk erbjuder ofta fullständiga underhållskontrakt.
Driftkostnaderna för ett kraftvärmeverk beror på bränslet. Med en naturgasdriven nano kombinerad värme- och kraftenhet är förbrukningen ungefär som för ett konventionellt gasuppvärmningssystem, beroende på dina behov. Till detta kommer driftskostnaderna för topplastpannan.
Lagliga regler och finansiering
Den nuvarande versionen av Combined Heat and Power Act från 2016 reglerar marknadsföringen av kraftvärmeverk. Den innehåller både fasta anslag för installationen och ersättning för elen som uppvärms.
Små värmekraftverk av blocktyp med en effekt på upp till 20 kilowatt (elektrisk effekt) får ett finansieringsbelopp förskjutet i steg från BAFA. Till exempel kostar ett 10 kilowatt-system 3.400 euro. Särskilt effektiva kraftvärmeverk med en andra avgasvärmeväxlare för att utnyttja värmevärdet får ytterligare 25 procent av basstödet. Staten belönar system med hög elektrisk effektivitet med 60 procent av grundstödet.
Dricks:Skicka in finansieringsansökan för din kraftvärmeenhet senast den 31 december 2020, eftersom detta finansieringsprogram upphör att gälla i slutet av året!
Kreditanstalt für Wiederaufbau stöder också inköp av kraftvärmeverk. Med program 271 och 281 för stora kraftvärmeverk och 270 för små system beviljar det lån med låga räntor och återbetalningsfria år som också kan täcka hela förvärvskostnaderna. Program 433 kan användas för minisystem med bränslecellsdrift. Det finns en subvention på upp till 28 200 euro per bränslecell.
Förutom engångsbetalningar och lån med låg ränta vid köp, föreskrivs i kraftvärmelagen också bidrag för hela kraftvärmeenhetens driftstid. Förutom ersättningen till nätoperatören får ägarna en extra bonus för den el som matas in i det allmänna nätet. Beroende på systemets elektriska effekt varierar det från 8 cent per kilowattimme för system upp till 50 kilowatt till 4,4 cent per kilowattimme för stora kraftvärmeverk med en effekt på över 250 kilowatt. Bidraget är begränsat till en viss period. För miniblockvärme- och kraftverk upp till 50 kilowatt är det 60000 timmars användningstid.
