Dieses Tutorial demonstriert die Bewertung verschiedener Wärme- und Stromerzeugungssysteme mithilfe der TOP-Energy-Komponenten Kennzahlen. Die Kennzahlen CO2-Faktor, Primärenergiefaktor, Spezifische Gestehungskosten und Autarkiegrad werden für die Strom- und die Wärmeerzeugung getrennt betrachtet.
Referenzfall
Im Referenzfall wird der Strombedarf eines kleinen Getränkeherstellers in Höhe von 470,25 MWh/a vollständig vom Stromversorger gedeckt. Der Jahresheizenergiebedarf des Betriebes von 2121,4 MWh wird durch einen Gaskessel mithilfe eines Brennstoffversorgers gedeckt. Die Simulation berücksichtigt eine Heizgrenztemperatur von 15 °C.
Die CO2-Faktoren für Wärme und Strom nehmen mit 223,33 g/kWh und 427 g/kWh bedingt durch die Emissionen relativ hohe Werte an.
Die Spezifischen Gestehungskosten sind marktüblich, da Erlöse, Eigenproduktion und Wandlungsanlagen fehlen.
Variante 1: Photovoltaik und Solarthermie
Der Einsatz einer Photovoltaikanlage zur Stromerzeugung und von Solarkollektoren zur Wärmebereitstellung senkt die Spezifischen Gestehungskosten. Durch die Verwendung erneuerbarer Energien wird der CO2-Faktor im Vergleich zum Referenzfall gesenkt. Die auf den elektrischen Strom bezogenen Kennzahlen CO2-Faktor (-1,0598 g/kWh) und Primärenergiefaktor (-0,0044675) sind negativ, da die PV-Anlage eine größere Leistung ins Stromnetz einspeist als das System vom Stromversorger bezieht. Der auf Strom bezogene Autarkiegrad und die Eigenverbrauchsquote (Strom) erreichen jeweils einen Wert von ca. 40 %. Da hier die überschüssige Wärme nicht verwertbar ist, wird die Betriebsweise auf regelbar eingestellt.
Variante 2: Erweiterung um Speicher
Zum Ausgleich der Schwankungen in der Energiebereitstellung durch erneuerbare Energien ist es sinnvoll, Speicher zu verwenden. Um die Nutzung der Speicher zu realisieren, werden in TOP-Energy Einschaltreihenfolge-Komponenten eingesetzt.
Überschüssiger Strom kann zwar ins Stromnetz des Stromversorgers eingespeist werden, die Vergütung ist jedoch geringer als der Strompreis. Durch einen Speicher sinken die Spezifischen Gestehungskosten, der Autarkiegrad und die Eigenverbrauchsquote erhöhen sich. Der Primärenergie- und der CO2-Faktor bezogen auf den Strom sind im positiven Bereich, jedoch nahe dem als klimaneutral betrachteten Wert 0. Die auf den Wärmebedarf bezogenen Primärenergie– und CO2-Faktoren sind noch niedriger als in der Variante 1.
Variante 3: Photovoltaik, Speicher und Wärmepumpe
In der Variante 3 wird auf die Solarthermieanlage verzichtet und stattdessen eine Wärmepumpe verwendet. Durch die Wärmepumpe können der Einsatz von Brennstoff und damit die CO2-Emissionen reduziert und somit der CO2-Faktor gesenkt werden. Insgesamt sind die CO2-Emissionen in dieser Variante am geringsten. Die Spezifischen Gestehungskosten (104 EUR/MWh Strom und 54 EUR/MWh Wärme) und der Primärenergiefaktor (0,957 für Strom und 0,55898 für Wärme) sind niedriger als im Referenzfall, aber nicht niedriger als in den anderen Varianten. Die Eigenverbrauchsquote steigt aufgrund des Strombedarfs der Wärmepumpe, der zum Teil mit dem von der PV-Anlage erzeugten Strom gedeckt wird, auf 64 % und ist damit höher als in den anderen Varianten. Infolge des zusätzlichen Bedarfs steigen der gesamte Strombedarf und damit der Netzbezug. Der auf den Strom bezogene Autarkiegrad hat mit 30 % den niedrigsten Wert der Varianten, der auf Wärme bezogene Autarkiegrad mit 56 % dagegen den höchsten.
Variantenvergleich
Im Variantenvergleich werden die ökonomischen und ökologischen Kenndaten der Varianten und des Referenzfalls in der Übersicht dargestellt (siehe folgende Abbildungen).
