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2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

3. Technoökonomie der brennstoffbasierten Stromerzeugung

verfasst von : Thomas Göllinger

Erschienen in: Technoökonomie der Energiewende

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Varianten der Kraft-Wärme-Kopplung auf der Basis von Verbrennungsmotoren unterliegen ausgeprägten Skaleneffekten. Aus physikalisch-technischen Gründen nimmt die energetische Effizienz solcher Aggregate mit der Größe ab. Dies hat direkte Auswirkungen auf die spezifischen Kosten der Aggregate unterschiedlicher Größenklassen und damit auf geeignete KWK- und brennstoffbasierte Stromerzeugungs-Strategien. 
Fußnoten
1
Eine Unterscheidung von BHKW mittels Dezimalpräfixen ist ungünstig, denn dies suggeriert, dass sich die Einteilung der Größenklassen jeweils um entsprechende Zehnerpotenzen unterscheiden. Dies ist im vorliegenden Beispiel jedoch nicht der Fall. Insofern ist diese Klassifizierung kritisch zu sehen; insbesondere eine Benennung der kleinsten Aggregatklasse als „Nano-BHKW“ erscheint obsolet.
 
2
Eigene Abbildung mit Werten aus ASUE 2014. Die Werte umfassen Anlagen verschiedener Basistechnologien wie z. B. Otto- und Dieselmotoren. Vgl. auch Göllinger und Knauf (2018).
 
3
Daten aus Kircher und Schmidt (2018) und ASUE 2014. Berücksichtigt sind nur Erdgas-BHKW.
 
4
Vgl. hierzu ausführlich Göllinger (2012, S. 414 ff.).
 
5
BHKW können u. a. durch Erdgas, Biogas, Flüssiggas, Heizöl oder andere fossile und synthetische Brennstoffe betrieben werden.
 
6
Neuere Auswertungen liegen bisher nicht vor. Eine Aktualisierung sollte von einer anderen Institution durchgeführt werden; es kam jedoch nie zu einer Veröffentlichung entsprechender Daten. Entsprechende Auskünfte deuten darauf hin, dass weitere Marktanalysen für die Jahre 2021 ff. vorgesehen sind.
 
7
Legende: Autor bzw. Institution: Aggregatzahl (Leistungsspektrum) ASUE 2001: 221 (4,7–8380 kWel); ASUE 2005: 122 (4,0–6790 kWel); ASUE 2011: 376 (0,3–18.320 kWel) ASUE 2014: 476 (1,0–18.320 kWel).
 
8
Die Preise sind jeweils inflationsbereinigt (Basisjahr 2010).
 
9
Legende: Autor bzw. Institution: Aggregatzahl (Leistungsspektrum) Maurer (1999), Buller (2012: 15) (1,0–8,0 kWel); Buller et al. (2014: 80) (1,0–2000 kWel) und ASUE (2014: 295) (1,0–18.320 kWel).
 
10
Legende: Autor bzw. Institution: Aggregatzahl (Leistungsspektrum) ASUE (2001: 207) (4,7–1950 kWel); ASUE (2005: 127) (4,0–1950 kWel); ASUE (2011: 87) (30–2200 kWel); ASUE (2014: 295) (1,0–18.320 kWel); BMVBS (2012) und Buller et al. (2014: 80) Aggregate (1,0–2000 kWel).
 
11
Die obigen Darstellungen basieren auf der Auswertung und Interpretation von Angaben aus der Literatur. Größtenteils wurden die Daten ursprünglich für eine andere Anwendung erhoben und hier in einem neuen Kontext betrachtet. Bzgl. der Repräsentativität der Erhebungen und der Validität der Preisdaten können hier keine Angaben gemacht werden, die Originalquellen enthalten hierzu keine Hinweise. Insofern dienen diese Daten lediglich als prinzipieller Beleg für die Existenz der oben postulierten Phänomene und Zusammenhänge bzgl. der diversen Skaleneffekte von Energietechnologien. Für valide Aussagen auf der Grundlage qualifizierter Erhebungsmethoden und daraus ermittelter Parameter bedarf es entsprechend umfassender Primärerhebungen unter den Marktanbietern.
 
12
Weitgehend handelt es sich dabei im Zeitverlauf mit den technologischen Fortschritten im Verbrennungsmotorenbau um immer wieder neue Technologievarianten und damit auch Technologiegenerationen; dennoch kann man bei dieser Technologieklasse generell von langen „Erfahrungszeiten“ und großen „Erfahrungsvolumina“ ausgehen.
 
13
Siehe zu den verschiedenen KWK-Varianten und deren technologische Basis sowie zu den jeweiligen energetischen und ökonomischen Kenngrößen z. B. Schaumann und Schmitz (2010).
 
14
Vertiefende Erläuterungen zur Berechnung von dynamischen Skaleneffekten sind in Göllinger et al. (2018, S. 18 ff.) dargestellt.
 
15
Die kumulierte Produktionsmenge von Verbrennungsmotoren lässt sich mittels der OIKA-Statistik zur jährlichen Fahrzeugproduktion abschätzen: Bis 2020 wurden weltweit ca. 4 Mrd. Fahrzeuge und entsprechend viele Verbrennungsmotoren produziert; dies entspricht einer kumulierten Leistung von ca. 400 TW. Vgl. Göllinger und Knauf (2018).
 
16
Im engeren Sinne können dies z. B. Lager, Ventile und sonstige Motoren-Komponenten sein.
 
17
Datenquellen: ASUE (2014, S. 7 f.), Basshuysen und Schäfer (2017, S. 18 ff.) sowie Schreiner (2017, S. 25).
 
18
Dieses Beispiel zeigt, dass die Maximierung des Wirkungsgrades der V-Mobilität nicht das einzige Optimierungsziel sein kann. Denn dies würde bedingen, häufig eine hohe Auslastung des Motors abzurufen, also mit hoher Geschwindigkeit zu fahren; dadurch steigt aber der Leistungs- und somit auch der Energiebedarf überproportional. Eine zusätzliche Möglichkeit besteht in der Beschränkung auf eine geringere Höchstgeschwindigkeit und damit auf eine geringere Motorleistung.
 
19
Ein weiterer wesentlicher Effizienztreiber der E-Antriebe ist die Möglichkeit zur Rückgewinnung von Bremsenergie (Rekuperation).
 
20
Dies gilt auch unter Berücksichtigung der Motor- und Batterieverluste. Selbstverständlich müssen für die Beurteilung der Gesamteffizienz alle Elemente der Energieumwandlungskette betrachtet werden. Dennoch stellt die hier betrachtete Umwandlungsstufe i. d. R. einen bedeutenden Faktor für die gesamte Energieeffizienz von Fahrzeugen dar.
 
21
Vgl. hierzu ausführlich Göllinger (2012, S. 414 ff.).
 
22
Anders könnte die Situation bei zukünftigen BHKW auf der Basis von Brennstoffzellen-Technologien aussehen. Neben dem generellen Problem, dass diese Technologien erst an der Schwelle zur Marktreife stehen, befinden sie sich bei ihrer Markteinführung auch erst am Anfang ihres Erfahrungskurvenzyklus. Aufgrund der völlig anderen technologischen Basis von Brennstoffzellen könnte sich zumindest mittelfristig eine geringere Ausprägung des Größendegressionseffektes ergeben. Sollte dies zutreffen, dann würde die Argumentation in Richtung dezentrale Mikro-KWK mittels Brennstoffzellen-BHKW gestärkt.
 
23
Diese höheren Kosten für die Aggregate im Bereich der Mikro-KWK zur Versorgung von Einzelgebäuden sind abzuwägen gegen höhere Infrastrukturkosten für die Wärmeverteilung bei größeren Anlagen, die mehrere Objekte versorgen. Darüber hinaus spielen weitere Aspekte wie stochastische Lastverteilung, räumliche Möglichkeiten, Speicher- und eine evtl. übergeordnete Netzinfrastruktur eine Rolle.
 
Metadaten
Titel
Technoökonomie der brennstoffbasierten Stromerzeugung
verfasst von
Thomas Göllinger
Copyright-Jahr
2022
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-38902-4_3