Die aktuelle und zukünftige Stromversorgung Deutschlands wird von hohen Anteilen Wind- und Photovoltaik-Strom geprägt. Da diese vom Wetter abhängig sind, unterliegen sie einer hohen Volatilität. Somit muss besonders in wind- und sonnenarmen Zeiten die Strom- und Wärmeversorgung über andere Quellen sichergestellt werden. Hier ist die innovative Kraft-Wärme-Kopplung (iKWK) eine vielversprechende Lösung für diese Herausforderung.
Bei einem iKWK-System wird eine herkömmliche KWK-Anlage, beispielsweise ein BHKW, mit einer innovativen Erneuerbaren-Energien-Wärmequelle und einem elektrischen Wärmeerzeuger zu einem System verbunden. Eine Solarthermieanlage stellt eine mögliche erneuerbare Wärmequelle dar. Als elektrischer Wärmeerzeuger kann eine Power-to-Heat Anlage (PtH) installiert werden. Diese Komponenten speisen die produzierte Wärme dann in dasselbe Wärmenetz ein.
Durch die Verschaltung der drei Wärmeerzeuger kann das System flexibel auf Schwankungen im Stromnetz reagieren. Bei geringer Strommenge kann der produzierte KWK-Strom zur Netzstabilisierung eingespeist werden. Bei zu hohen Strommengen kann der elektrische Wärmeerzeuger zugeschaltet werden und den Strom zur Wärmeproduktion nutzen. Somit wird die Stabilität des Stromnetzes gewährleistet und die Abregelung von Wind- oder Photovoltaik-Strom verhindert. Daher trägt das innovative KWK-System nicht nur zur Sektorenkopplung, sondern auch zur Erhöhung der Netzstabilität und zur Energiewende bei.
Gefördert werden iKWK-Systeme per Ausschreibungen durch die Bundesnetzagentur.
Anteil Erneuerbarer-Energien-Wärme:
Erneuerbare-Energien-Jahresarbeitszahl:
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Wir begleiten iKWK-Projekte ab der Planungsphase, während der Umsetzung und im laufenden Betrieb.
Mit Hilfe der Steuerungssoftware auf unserer VK Box werden optimierte Fahrpläne für den Betrieb der Anlage und Prognosen für den Strom- und Wärmebedarf erstellt und umgesetzt.
Zusätzlich wenden wir unser patentiertes Verfahren des Aktiven Wärmespeichermanagements an, wodurch die Anlagen-Effizienz sowie die Strompreis-Erlöse am Spotmarkt um bis zu 15 % gesteigert werden können!
Alle Module können auch einzeln gebucht werden!
Einhaltung der Zielkorridore auf Jahresbasis
Einsatzplanung auf Tagesbasis
Anbindung an den Strommarkt
Fahrplanerstellung und -einhaltung
Dezentrale Einsatzoptimierung mehrerer Erzeuger
Einbindung des Wärmespeichers
Vorausschauender Einsatz der Wärmeerzeuger (auf Basis künstlicher Intelligenz)
iKWKS-interne Merit Order
VK-Box im Schaltschrank einer KWK-Anlage
Wie bei jeder KWK-Anlage gibt es auch bei der iKWK-Anlage eine Feldebene, Steuerungsebene und Bedienebene. VK Energie füllt nun die Lücke zwischen dem Anlagenbetreiber und dem Direktvermarkter, indem wir mit unserer Software auf der Optimierungsebene die Steuerung und Regelung des iKWK-Systems übernehmen.
Somit sind wir die Schnittstelle zwischen KWK-Anlage und dem Strommarkt und sorgen für einen optimalen Betrieb der Anlage. Unter Einbeziehung der errechneten Strom- und Wärmebedarfsprognose sowie des Strompreises, erstellen wir stundengenaue, optimierte Fahrpläne.
„iKWK“ steht für innovative Kraft-Wärme-Kopplung. Innovative KWK-Systeme stellen besonders energieeffiziente und treibhausgasarme dezentrale Energiesysteme dar, in denen die Wärmeerzeugung aus KWK-Anlagen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien und elektrischer Wärmeerzeugung ergänzt wird.
Ein iKWK-System besteht aus drei verschiedenen Wärmeerzeugern und einer gemeinsamen Regelung und Steuerung dieser Erzeuger. Bei den drei Einzelkomponenten handelt es sich um eine KWK-Anlage, einen innovativen erneuerbaren Wärmeerzeuger (z.B. Wärmepumpe oder Solarthermie) sowie einen rein elektrischen Wärmeerzeuger (Power to Heat). In der Regel werden diese Komponenten noch durch einen Wärmespeicher ergänzt.
Die KWK-Anlage eines iKWK-Systems muss hocheffizient und entweder neu oder modernisiert sein. Die Ausschreibungsgrenzen für die elektrische Leistung der KWK-Anlage liegen bei 1 bis 10 MW.
Die innovative erneuerbare Wärme muss aus Wärmetechniken (fabrikneue Komponente) mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von mindestens 1,25 bezogen werden. Diese Wärmetechniken können z.B. Solarthermie, Geothermie, Elektrowärmepumpe sowie mit gasförmiger Biomasse betriebene Absorptions- und Motorwärmepumpe sein. Dabei ist bisher ausschließlich die Nutzung natürlicher Wärmequellen erlaubt, eine Nutzung von Abwärme ist damit nicht vorgesehen. Die erzeugte Wärme muss als Nutzwärme, d.h. für Raumheizung, Warmwasseraufbereitung, Kälteerzeugung oder Prozesswärme, verwendet werden.
Außerdem muss der Erzeuger der innovativen erneuerbaren Wärme so dimensioniert werden, dass dieser mindestens 35 % der Referenzwärme pro Kalenderjahr bereitstellen kann.
Der elektrische Wärmeerzeuger bzw. die Power-to-Heat-Komponente (PtH-Komponente) muss nicht fabrikneu sein, sondern kann eine Bestandskomponente sein. Die Wärmebereitstellung erfolgt durch Umwandlung elektrischer Energie und nicht durch Nutzung von Umweltwärme. Beispielsweise können Elektrodenkessel oder Tauchsieder in Wärmespeichern als elektrische Wärmeerzeuger in einem iKWK-System eingesetzt werden.
Der elektrische Wärmeerzeuger muss so dimensioniert werden, dass seine Leistung mindestens 30% der thermischen Leistung der KWK-Anlage beträgt.
Nein. Ein iKWK-System besteht immer aus mindestens drei Komponenten.
Alle Komponenten des iKWK-Systems müssen über eine gemeinsame Steuerungs- und Regelungstechnik verfügen und an das gleiche Wärme- bzw. Kältenetz angeschlossen sein. Außerdem müssen alle Komponenten über mess- und eichrechtskonforme Messeinrichtungen zur kontinuierlichen Erfassung der eingesetzten Brennstoffe, der bereitgestellten Wärme sowie der eingesetzten und bereitgestellten Strommenge verfügen.
Laut Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) ist die „Referenzwärme […] die Summe aus der Nutzwärme, die die KWK-Anlage eines innovativen KWK-Systems mit 3.000 Vollbenutzungsstunden bereitstellen kann, und der von dem gleichen innovativen KWK-System innerhalb eines Kalenderjahres bereitgestellten innovativen erneuerbaren Wärme“.
Das bedeutet also: QKWK,3000Vbh + QEE = QReferenzwärme.
Wird durch den innovativen erneuerbaren Wärmeerzeuger weniger als 35 % der Referenzwärme bereitgestellt, wird der KWK-Zuschlag gekürzt.
Der KWK-Zuschlag wird für 45.000 Vollbenutzungsstunden der KWK-Anlage und maximal für 30 Jahre gewährt. Pro Kalenderjahr können maximal 3.500 Vollbenutzungsstunden vergütet werden.
Der maximaler Gebotswert für den KWK-Zuschlag im Ausschreibungsverfahren beträgt 12 ct/kWh. In der letzten Auschreibungsrunde im Dezember 2019 lagen die Gebote zwischen zwischen 9,38 und 11,20 ct/kWh. Dabei lag der durchschnittliche, mengengewichtete Zuschlagswert bei 10,25 ct/kWh und somit deutlich höher als der Wert der „normalen“ KWK-Ausschreibung (5,12 ct/kWh). Der durchschnittliche, mengengewichtete Zuschlagswert lag bisher bei jeder Ausschreibungsrunde über 10,25 ct/kWh.
Es wird vorgegeben, dass die einzelnen Komponenten des iKWK-Systems über eine gemeinsame Steuerungs- und Regelungstechnik verfügen müssen, damit sie ökonomisch und ökologisch optimal betrieben werden können. Aufgrund der Betriebs- und Investitionskosten sowie der hohen Hürden im Beantragungsprozess sollte die zentrale Regelung so implementiert werden, dass die gesetzlichen Anforderungen an das iKWK-System eingehalten werden können, das volle Potenzial der Anlage gehoben werden kann und ein wirtschaftlich sowie technisch optimierter Anlagenbetrieb sichergestellt werden kann. Dies kann nur eine übergeordnete Regelung bewerkstelligen.
Neben der Gewährleistung eines sicheren Anlagenbetriebs auf Feld- und Steuerebene (siehe Automatisierungspyramide), bedarf es einer übergeordneten Regelung, die die vielfältigen gesetzlichen Anforderungen an das iKWK-System erfüllt. Darunter fallen die folgenden Punkte: Über das Kalenderjahr hinweg ist der Anteil der innovativen erneuerbaren Wärme von 30 % der Referenzwärme einzuhalten, um eine Kürzung des KWK-Zuschlags zu vermeiden. Darüber hinaus muss die Jahresarbeitszahl (JAZ) des Erzeugers der innovativen erneuerbaren Wärme mindestens einen Wert von 1,25 erreichen. Da iKWK-Systeme ihren erzeugten Strom zwingend an der Strombörse vermarkten müssen (Direktvermarktung), muss die übergeordnete Regelung zusätzlich einen spotmarktoptimierten Betrieb inklusive Fahrplanerstellung und Fahrplantreue gewährleisten.
Um diese Anforderungen einzuhalten, ist eine vorausschauende, prognosebasierte Regelung nötig, die den vorhandenen Flexibilitätsspielraum des iKWK-Systems bestmöglich ausnutzen kann.
Da der von der KWK-Anlage erzeugte Strom nur für 3.500 Vollbenutzungsstunden pro Jahr eine KWK-Vergütung erhält, ist es aus Sicht eines wirtschaftlich optimierten Anlagenbetriebs wichtig, die Betriebszeiten der KWK-Anlage so zu wählen, dass die KWK-Anlage im besten Fall in den 3.500 teuersten Stunden am Spotmarkt läuft. Gleichzeitig sollen elektrisch betriebene Wärmeerzeuger möglichst dann laufen, wenn der Strompreis niedrig oder sogar negativ ist. Einige Wärmeerzeuger sind auch abhängig von äußeren Faktoren variabel in ihrer Effizienz (z.B. COP einer Luftwärmepumpe hängt von der Außentemperatur ab). Sie sollen daher möglichst zu Zeiten hoher Effizienz betrieben werden. Dazu ist ein zeitlich vorausschauender Einsatz der Wärmeerzeuger über Einbindung von Prognosen zur Wärmelast, zur Erzeugung und zum Strompreis in der Regelung erforderlich. Außerdem sollten vorhandene Wärmespeicher gezielt in die Regelung eingebunden werden, um die Flexibilität des iKWK-Systems zu erweitern und maximal zu nutzen. Das patentierte aktive Wärmespeichermanagement von VK Energie gewährleistet diesen Punkt. Eine übergeordnete Regelung sollte darüber hinaus eine iKWK-System-interne Merit Order des Anlagenbetriebs berücksichtigen. Dies lässt einen wirtschaftlich optimierten Anlageneinsatz je nach Umstand der äußeren Bedingungen (Strompreis, Wetter, …) zu.
„iKWK-ready“ bedeutet, dass alle zwingend erforderlichen sowie empfohlenen Anforderungen an iKWK-Systeme von einer übergeordnete Regelung erfüllt werden. Dies trifft auf die VK-Steuerbox zu.
Die VK Steuerbox ist „iKWK-ready“, da sie alle zwingend erforderlichen sowie empfohlenen Anforderungen an iKWK-Systeme erfüllt. Dies betrifft die folgenden Aspekte: Einhaltung von Zielkorridoren (z.B. min. 35% Referenzwärme) auf Jahresbasis, Einsatzplanung auf Tagesbasis, Anbindung an den Strommarkt (unabhängig vom Direktvermarkter), Fahrplanerstellung und -treue (mit selbstlernendem System), Aktives Wärmespeichermanagement (patentiert), Erstellen und Einbeziehen von Prognosen (Strompreis, Wärmebedarf, Wärmeerzeugung), dezentrale Einsatzoptimierung mehrerer Erzeuger (iKWK-System-interne Merit Order).
Nein. Bestehende bzw. geplante MSR-Technik und Leitsysteme sind vom Einbau und Betrieb einer VK Box quasi nicht betroffen. Die VK Box stellt der Anlage eine zusätzliche Intelligenz zur Verfügung. Messwerte und Steuersignale werden über eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle (z.B. Profibus) ausgetauscht.
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) stellt auf seiner Homepage über ein Merkblatt für innovative KWK-Systeme offizielle Informationen zur Verfügung.
Unter Power-to-Heat (PtH) versteht man die Erzeugung von Wärme unter dem Einsatz von elektrischer Energie. Dies kann sowohl über Elektrodenkessel als auch über Wärmepumpen erfolgen. PtH ist eine Möglichkeit, elektrische Überschüsse aus erneuerbaren Energien für die Wärmebereitstellung zu verwenden (Kopplung von Strom- und Wärmesektor), wodurch im Wärmesektor fossile Energieträger und Emissionen eingespart werden können.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe in der Praxis arbeitet. Sie wird aus dem Verhältnis der ab- und zugeführten Energie eines Jahres berechnet.
Auf dem zentraleuropäischen Spotmarkt für Energie, der European Power Exchange (EPEX SPOT) in Paris, werden kurzfristig lieferbare Strommengen gehandelt. Dort stehen sich, wie auf jedem Marktplatz, Käufer und Verkäufer gegenüber. Der Spotmarkt gliedert sich dabei in Day-Ahead-Markt und Intraday-Markt. Die EPEX SPOT beliefert Deutschland, Frankreich, Österreich und die Schweiz und nimmt somit eine zentrale Stellung im europäischen Stromhandel ein.