Projektarbeit Miniblockheizkraftwerke

Hochschule
Augsburg University of
Applied Sciences
Fakultät für
Maschinenbau und
Verfahrenstechnik
Betriebswirtschaftslehre
Master Umwelt- und Verfahrenstechnik
WiSe 2013/2014
Kai Jäger
Kai.Jä[email protected]
Matr.-Nr.:938553
Sebastian Langenbuch
Sebastian.Langenbuch@hs-
Vergleich eines Senertec Dachs Stirling SE mit
einem Vaillant ecoPower 3.0 in Bezug auf eine
Ölheizung Baujahr 1990
augsburg.de
Matr.-Nr.:938562
Prüfer: Prof. Dipl.-Ing. Richard Kuttenreich
Abgabe: 16.01.2014
Hochschule für angewandte
Bearbeitet von:
Wissenschaften Augsburg
University of Applied Sciences
Kai Jäger, Sebastian Langenbuch
An der Hochschule 1
D – 85161 Augsburg
Telefon: +49 821 55 86-0
Fax: +49 821 55 86-3222
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[email protected]
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................................... III
Tabellenverzeichnis ....................................................................................................................................... III
1
EINLEITUNG ............................................................................................................................................. 1
2
RAHMENBEDINGUNGEN DES BESTANDSGEBÄUDES ................................................................................ 2
3
HEIZSYSTEME ........................................................................................................................................... 3
3.1
3.2
3.3
4
FÖRDERUNGEN ........................................................................................................................................ 8
4.1
4.2
4.3
4.4
5
BAFA-FÖRDERUNG ..................................................................................................................................... 8
KFW-KREDIT ............................................................................................................................................. 8
KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGS-GESETZ ............................................................................................................. 9
ENERGIESTEUERRÜCKERSTATTUNG ................................................................................................................. 9
WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG .................................................................................................. 10
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
6
SENERTEC DACHS STIRLING SE ...................................................................................................................... 3
VAILLANT ECOPOWER 3.0 ............................................................................................................................ 5
AUSLEGUNG .............................................................................................................................................. 6
KOSTENVERGLEICHSRECHNUNG ................................................................................................................... 10
GEWINNVERGLEICHSRECHNUNG .................................................................................................................. 12
GEWINNSCHWELLENANALYSE ...................................................................................................................... 13
RENTABILITÄTSRECHNUNG.......................................................................................................................... 13
AMORTISATIONSRECHNUNG ....................................................................................................................... 14
FAZIT ...................................................................................................................................................... 15
Quellenverzeichnis ........................................................................................................................................ 16
II
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Dachs Stirling SE der Firma Senertec .......................................................................................... 3
Abb. 2: Systemüberblick Vaillant ecoPower-Baureihe [7] ...................................................................... 5
Abb. 3: Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs des betrachteten Bestandsgebäudes .............................. 6
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Rahmenbedingungen des fiktiven betrachteten Gebäudes ................................................... 2
Tabelle 2: relevante technische Daten Dachs Stirling SE [6] ................................................................... 4
Tabelle 3: relevante technische Daten ecoPower 3.0 [9] ....................................................................... 5
Tabelle 4: Bafa-Förderstufen [10] ........................................................................................................... 8
Tabelle 5: Rahmenbedingungen der Kostenvergleichsrechnung .......................................................... 10
Tabelle 6: Kostenauflistung ................................................................................................................... 11
Tabelle 7: Auflistung von Erlösen und Gewinndarstellung ................................................................... 12
III
1 Einleitung
Das Thema Energie hat sich in den letzten Jahren zu einer Angelegenheit entwickelt, die in unserem
Alltag einen immer größer werdenden Stellenwert einnimmt. Steigende Rohstoffpreise und von der
Politik gesetzte Ziele haben den Energieverbrauch auch im privaten Bereich in den Fokus gerückt. Doch
muss bedacht werden, dass das Thema Energie nicht nur Strom umfasst, sondern auch die Produktion
von Wärme. Im Jahr 2011 hat der Energieverbrauch für Raumwärme, Warmwasser und Prozesswärme
über 50 % des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland betragen. In Haushalten werden sogar bis zu
85 % der Endenergie für die Bereitstellung für Heizung und Warmwasser verwendet. [1]
Deshalb ist es privaten Bereich besonders wichtig, dass bei Neubauten oder bei der Sanierung von
Bestandsbauten der Wärmeverbrauch und somit auch die Auswahl und Dimensionierung der Heizung
genauer betrachtet werden. Der Trend bei Heizungsanlagen geht dabei zu Systemen wie
Wärmepumpen, Solarkollektoren, Biomassekessel, Systemen mit Brennwerttechnik und
Blockheizkraftwerken, sogenannten Mini-BHKWs. Neben der Reduzierung der Heizkosten haben einige
dieser Systeme den zusätzlichen Vorteil, dass dafür verschiedene staatliche Zuschüsse gezahlt werden.
Für dieses Beispiel sollen in einem bestehenden Gebäude für den Fall einer Sanierung zwei MiniBlockheizkraftwerke miteinander ökonomisch verglichen werden. Bei Mini-BHKWs kann weiter
zwischen Verbrennungsmotoren, Stirling-Motoren, Dampfmotoren und Brennstoffzellen
unterschieden werden. Die Besonderheit bei Blockheizkraftwerken liegt darin, dass diese sowohl
Wärme als auch Strom produzieren. Der durch die Kraft-Wärme-Kopplung produzierte Strom kann
entweder verkauft oder selbst genutzt werden, was ein weiterer Anreiz für den Einsatz solcher
Systeme ist.
In diesem Fall handelt es sich bei den Systemen um einen Stirling-Motor der Firma Senertec und einem
Verbrennungsmotor von Vaillant, die beide mit Erdgas betrieben werden. Die Anlagen sollen sowohl
miteinander verglichen werden, als auch mit dem bestehenden Niedertemperatur-Heizölkessel aus
dem Jahr 1990.
Ziel dieser Arbeit ist es zu ermitteln, welche der beiden Systeme sich für einen Einbau in das
bestehende Gebäude wirtschaftlich am besten eignet. Hierfür wird eine Kosten- und
Gewinnvergleichsrechnung durchgeführt, die Amortisationszeit bestimmt und die Rentabilität
berechnet.
1
2 Rahmenbedingungen des Bestandsgebäudes
Bei dem Bestandsgebäude handelt es sich um ein fiktives Ein- bis Zweifamilienwohnhaus mit einer
Wohnfläche von 331 m². Das Gebäude wurde in den 1970er Jahren nach dem damaligen Stand der
Technik gebaut und besitzt keine baulichen Besonderheiten. Im Jahr 1990 wurde bereits einmal die
ursprüngliche Heizung erneuert und durch einen Niedertemperatur-Heizölkessel mit einem
Wirkungsgrad von 68 % ersetzt. Anhand der Wohnfläche wurde der Wärmebedarf des Hauses nach
der Energieeinsparverordnung 2009 (EnEV) ermittelt. Laut EnEV wird pro m² Wohnfläche ein
Primärenergiebedarf von 200 kWh (entspricht in etwa 20 Liter Heizöl bzw. 20 m³ Erdgas) veranschlagt.
Mit Hilfe des Wirkungsgrades der Heizungsanlage und der eingesetzten Energiemenge kann der
effektive Wärmebedarf des Hauses ermittelt werden. [3][4]
Für die weitere Berechnung ergibt sich damit ein jährlicher Heizölverbrauch von 6618 l/a. Mittels des
Heizwertes von leichtem Heizöl, der ca. bei 10 kWh/l liegt, lässt sich der Energieeinsatz von 66180
kWh/a berechnen. Wird nun der Energieeinsatz mit dem Wirkungsgrad der Heizung multipliziert,
ergibt sich ein effektiver Wärmebedarf des Gebäudes von 45000 kWh pro Jahr. Dieser Wert wird für
die spätere Auswahl und Dimensionierung der neuen Heizung sowie des Pufferspeichers benötigt. Bei
der Sanierung wird die gesamte Heizung so umgebaut, dass die Mini-BHKWs mit einer für sie optimalen
Vor- und Rücklauftemperatur betrieben werden können.
Bei der Berechnung des Heizölbedarfs werden zusätzlich zu dem Kesselwirkungsgrad keine weiteren
Verluste angenommen. Ebenfalls werden für die Kosten pro kWh erzeugter Wärme (kWhth) für den
Niedertemperatur-Heizölkessel keine Auslagen für den Eigenstromverbrauch der Anlage veranschlagt,
da auf Grund fehlender Datenblätter keine Informationen vorhanden sind.
Tabelle 1: Rahmenbedingungen des fiktiven betrachteten Gebäudes
Rahmendaten Ein-Zweifamilienwohnhaus
Baujahr
Wohnfläche [m²]
Heizsystem
Wirkungsgrad η [%]
1970er
331
Niedertemperatur-Heizölkessel
68
Ölverbrauch [l/a]
6618
Primärenergieeinsatz [kWh/a]
66180
Effektiver Energieverbrauch [kWh/a]
45000
2
3 Heizsysteme
Als neue Gebäudeheizung soll ein gasbetriebenes Mini-BHKW dienen. Obwohl es sich bei Mini-BHKWs
im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser um eine noch relativ junge Technologie handelt, gibt es
bereits eine große Anzahl an Anbietern. Unter diesen befinden sich sowohl Firmen die seit Jahren in
dieser Sparte tätig sind, als auch neu gegründete Unternehmen die sich auf die Kraft-Wärme-Kopplung
im kleinen Leistungsbereich spezialisiert haben. In die Leistungsklasse der Mini-BHKWs werden laut
Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWK-Gesetz) alle Blockheizkraftwerke bis zu einer elektrischen
Leistung von 50 kWel eingestuft.
Im folgenden Kapitel soll auf die zwei Ausgewählten Systeme, der Senertec Dachs Stirling SE und der
Vaillant ecoPower 3.0, weiter eingegangen werden, um die Unterschiede der beiden Anlagen
verdeutlichen zu können.
3.1 Senertec Dachs Stirling SE
Der Dachs Stirling SE der Firma Senertec aus Schweinfurt ist
eine KWK-Anlage mit einer max. thermischen Leistung von ca.
20 kWth. Das Herzstück der Anlage, die Stirling-Einheit, ist ein
Einzylinder-Freikolbenmotor der mit einem Lineargenerator
gekoppelt ist und eine max. elektrische Leistung von 1 kWel
bereitstellt. Anders wie bei Blockheizkraftwerken die
Verbrennungsmotoren einsetzen, erfolgt die Verbrennung
des Brennstoffes nicht im Motor selbst sondern in einem
separaten Brenner, der den Motor mit der benötigten Wärme
versorgt. Dieser Brenner hat eine Leistung von max. 5,8 kWth.
Die für den Betrieb des Stirling-Motors erzeugte Wärme kann
im Anschluss über einen Wärmetauscher ausgekoppelt
werden und zum Heizen und zur Warmwasserherstellung
genutzt werden. Bei auftretenden Verbrauchsspitzen ist der
Dachs Stirling SE zusätzlich mit einer Gasbrennwerttherme
mit einer max. Leistung von 18 kWth gekoppelt. Die max.
thermischen Leistungen und der optimale Wirkungsgrad
können nur dann erreicht werden, wenn ein optimales
Verhältnis von der Vor- zur Rücklauftemperatur besteht. Der
Abb. 1: Dachs Stirling SE der Firma Senertec [5] dem Datenblatt entnommene Wirkungsgrad von 103,7 % lässt
sich auf den Einsatz der Brennwerttechnologie zurückführen. Ein Pufferspeicher mit einem Volumen
von 530 Litern sorgt dafür, dass immer ein ausreichend großer Wärmevorrat vorhanden ist.
Ein großer Vorteil gegenüber Verbrennungsmotoren ist, dass der Motor auf Grund seiner speziellen
Lagerung praktisch vibrationsfrei und geräuschlos arbeitet. Zudem ist der Motor quasi Wartungsfrei,
3
es fällst lediglich eine jährliche Kesselprüfungdurch einen Heizungsbauer an, die im Schnitt bei 150 €1
liegt. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung spart der Dachs Stirling SE nicht nur Primärenergie ein und
somit Heizkosten, sondern auch bis zu 2 Tonnen CO2. Zusätzlich besteht die Möglichkeit eine
thermische Solaranlage als Heizungs-und Warmwasserunterstützung mit einer max. Kollektorfläche
von 5 m² zu installieren und somit weitere Heizkosten einzusparen. Diese Alternative wird nicht näher
betrachtet. [5]
Tabelle 2: relevante technische Daten Dachs Stirling SE [6]
Senertec Dachs Stirling SE
thermische Leistung
Brenner Stirling [kWth]
thermische Leistung
Zusatzbrenner [kWth]
elektrische Leistung
Stirling-Motor [kWth]
elektrische Leistungsaufnahme
Stirlingmodul [kWel]
elektrische Leistungsaufnahme
Komplettsystem (Regelung MSR S) [kWel]
VL/RL-Temperatur [°C]
Gesamtwirkungsgrad [%]
bei VL/RL-Temperatur 50°C/30°C
Volumen Pufferspeicher [l]
1
5,8
18 kWth
1,0 kWth
0,07 kWel
0,025 kWel
50°C /30
103,7
530
Auskunft M&S Heizungsbau GmbH & Co. KG, Augsburg
4
3.2 Vaillant ecoPower 3.0
Das System eco.Power 3.0 der Firma Vaillant ist ein kompaktes Anschlussfertiges Gerät und weist eine
maximale thermische Leistung von 8,0 kWth und eine elektrische Leistung von 3,0 kWel auf. Das MiniBHKW gehört zu der Gruppe der Verbrennungsmotoren und verbrennt das Gas direkt in den Kolben
des Motors. Bei dem Gas-Otto-Motor handelt es sich um einen 4-Takt-Hubkolbenmotor. Das Modul
eco.Power 3.0 kann sowohl als alleiniger Wärmeerzeuger eingesetzt werden als auch in Verbindung
mit einem Spitzenlastkessel betrieben werden.
Abb. 2: Systemüberblick Vaillant ecoPower-Baureihe [7]
Die Besonderheit dieses Motors ist, dass die Drehzahl stufenlos regelbar ist. Das bedeutet, dass Strom
und Wärme im Bereich 4,0 kWth/1,5 kWel bis zu 8,0 kWth/3,0 kWel bedarfsgerecht regelbar ist. Im
Vergleich zu bauähnlichen Geräten, kann durch die Leistungsmodulation bis zu 60% mehr Strom
erzeugt werden. Bei Abschluss eines Vollwartungsvertrages fallen jährlich zusätzliche Kosten von 770
€ an. [7][8]
Um immer eine ausreichenden Vorrat an Wärme bereitstellen zu können, wird die Heizung mit einem
1200 l Pufferspeicher ergänzt. In diesem Fall wird als Vereinfachung angenommen, dass die Option der
Leistungsmodulierung nicht genutzt wird und der Motor permanent mit der maximalen thermischen
und elektrischen Leistung betrieben wird.
Tabelle 3: relevante technische Daten ecoPower 3.0 [9]
Vaillant ecoPower 3.0
thermische Leistung [kWth]
8,0 kWth
elektrische Leistung [kWel]
3,0 kWel
elektrische Leistungsaufnahme [kWel]
0,1 kWel
Rücklauftemperatur [°C]
max. Vorlauftemperatur [°C]
Gesamtwirkungsgrad [%]
Volumen Pufferspeicher [l]
2
min. 35 / max. 65
75
91,67 2
1200
Errechnet aus den Leistungsangaben des Datenblattes
5
3.3 Auslegung
Eine geeignete Auslegung von Heizkesseln ist sehr wichtig, da in der Vergangenheit Systeme
grundsätzlich überdimensioniert wurden, was häufig zu einem unwirtschaftlichen Betrieb der Heizung
geführt hat. Da in Abschnitt 5 die Wirtschaftlichkeit der beiden Anlagen miteinander verglichen
werden soll, sind die Auslegungsdaten ein wichtiger Baustein der Vergleichsrechnungen.
Senertec Dachs Stirling SE
Um zu ermitteln, welchen Anteil der Wärmeerzeugung durch den Betrieb des Stirling-Motors
abgedeckt wird, muss die Jahresdauerlinie erstellt und ausgewertet werden. In Abb. 3 wird
aufgeschlüsselt, dass der Stirling-Motor ca. 5100 h im Jahr betrieben wird und somit 29580 kWhth des
Gesamtwärmebedarfs abdeckt und 5100 kWhel Strom erzeugt. Der Differenzwärmebedarf von
15420 kWhth, der zwischen dem Gesamtwärmebedarf des Gebäudes und der erzeugten Wärmemenge
des BHKW liegt, wird von dem Spitzenlast-Brennwertgerät abgedeckt.
Jahresdauerlinie
25
Leistung [kW]
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Zeit [h]
Abb. 3: Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs des betrachteten Bestandsgebäudes
6
Vaillant ecoPower 3.0
Da das BHKW mit einem größeren Pufferspeicher ausgelegt wird, ist eine Auslegung mittels einer
Jahresdauerlinie nicht unbedingt nötig. Das System muss dafür sorgen, dass der Pufferspeicher immer
mit ausreichend Wärme versorgt wird um den Wärmebedarf decken zu können. Dies wird durch die
Temperaturen im Speicherbehälter gesteuert. Erreicht das Wasser innerhalb des Pufferspeichers eine
gewisse Mindesttemperatur schaltet sich das Blockheizkraftwerk ein, bis es die Maximaltemperatur
erreicht hat.
Auf Grund der Betriebsweise und der Tatsache, dass kein Spitzenlastkessel installiert ist, können die
Volllaststunden relativ einfach ermittelt werden. Dafür wird der Gesamtwärmebedarf des
Bestandsgebäudes durch die thermische Leistung des Motors dividiert. Wärmeverluste des
Pufferspeichers werden dabei nicht berücksichtigt. Mittels dieser einfachen Rechnung ergibt sich, dass
das Mini-BHKW jährlich 5625 h betrieben werden muss um den Wärmebedarf von 45000 kWhth decken
zu können. Parallel dazu werden 16875 kWhel Strom erzeugt, die in diesem Fall in das Stromnetz
eingespeist werden können.
7
4 Förderungen
Der Einsatz eines Mini-Blockheizkraftwerkes in Ein- bis Zweifamilienhäusern ist zum jetzigen Stand
noch nicht wirtschaftlich. Die Zusätzliche Einnahmequelle durch den Verkauf des erzeugten Stroms
kann die Mehrinvestition bei der Gegenüberstellung mit einer konventionellen Wärmeerzeugung nicht
ausgleichen. Um der Technologie eine Starthilfe zu geben und sie im Vergleich zu anderen
Heizsystemen wettbewerbsfähig zu machen, werden von staatlicher Seite Subventionen sowohl für
die Investition wie auch für den Betrieb von Blockheizkraftwerken ausgezahlt.
4.1 Bafa-Förderung
Bei der Bafa-Förderung handelt es sich um eine einmalige Prämie die vor der Installation der Anlage
ausgezahlt wird und abhängig von der installierten elektrischen Leistung des Mini-BHKWs ist. Der
Antrag für Förderung muss beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) eingereicht
werden.
Das Bafa ist die sogenannte Bewilligungsbehörde und prüft ob die geplanten Anlagen den Richtlinien
zur Förderung von KWK-Anlagen bis 20 kWel vom 17.01.2012 entsprechen, die vom
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit veröffentlicht worden sind. Ist dies
der Fall, wird für den Bau der Anlage eine Prämie ausgezahlt. Die Höhe der Prämien können Tabelle 4
entnommen werden. Seit dem 01.01.2014 sinken die Förderstufen jährlich um 5% und werden nach
der Berechnung auf volle Beträge aufgerundet. [10]
Tabelle 4: Bafa-Förderstufen [10]
Leistung kWel
Förderbetrag je
Leistungsstufen
kWel
kumuliert
> 𝟎 𝒃𝒊𝒔 ≤ 𝟏
1500 €
> 𝟏 𝒃𝒊𝒔 ≤ 𝟒
300 €
> 4 𝑏𝑖𝑠 ≤ 10
100 €
> 10 𝑏𝑖𝑠 ≤ 20
50 €
über
die
4.2 KfW-Kredit
Das Kreditinstitut für Wiederaufbau (KfW) ist als Anstalt des öffentlichen Rechts gegründet worden
und fördert Privatpersonen, Unternehmen, öffentliche Einrichtungen und internationale Projekte
durch Investitionszuschüsse und zinsgünstige Kredite.
8
Modernisierung der Heizung fällt unter das Förderprogramm „Energieeffizientes Sanieren-Kredit“
(Kreditprogrammnummer 152) und betrifft Einzelmaßnahmen bis 50000 €. Bei dem Kredit handelt es
sich um ein Annuitätendarlehen mit einem Sollzins (Effektivzins) von 1,0 % pro Jahr, einer Laufzeit von
4 bis 10 Jahren und einer Zinsbindung von 10 Jahren. Bei diesem Förderkredit besteht eine tilgungsfreie
Anlaufzeit von bis zu 2 Jahren. Des Weiteren kann das Förderprogramm mit einem Investitionszuschuss
für die Planung kombiniert werden. [11]
In diesem Beispiel werden die kompletten Kosten des BHKWs, sowie der Umbau und die
Inbetriebnahme durch den Förderkredit 152 gedeckt.
4.3 Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz
Durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz wird die Erzeugung von Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung
gefördert. Diese Förderung besteht darin, dass zu dem Preis der beim Verkauf des Stroms an der EEX
Strombörse in Leipzig erzielt wird ein Zuschlag aufgeschlagen wird, der die Wirtschaftlichkeit der
Anlagen steigert.
Die Höhe der Zuschläge ist Abhängig von der elektrischen Leistung der KWK-Anlage.
Blockheizkraftwerke für den Einsatz in Ein- bis Zweifamilienhäusern fallen in die unterste
Leistungsklasse bis 50 kWel und erhalten pro produzierter kWhel eine Vergütung von 5,41 Cent. Wird
der Zuschlag auf den Quartalsdurchschnitt der EPEX-Spotpreis, der im 3. Quartal 2013 bei 3,876 Cent
pro kWh liegt, beträgt der Gesamterlös pro kWhel 9,286 Cent/kWhel. [11][12]
4.4 Energiesteuerrückerstattung
Blockheizkraftwerke gehören zu den begünstigten Anlagen nach § 3 Energiesteuergesetz (EnergieStG)
und werden deshalb von der Energiesteuer befreit. Die Energiesteuer beträgt nach § 2 EnergieStG für
Erdgas 0,55 Cent/kWh. Die Energiesteuer für Erdgas ist im Brennstoffpreis mit inbegriffen und wird am
Ende des Jahres vom Hauptzollamt zurückerstattet, wenn der entsprechende Antrag gestellt wurde.
[14]
9
5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.1 Kostenvergleichsrechnung
Die Kostenvergleichsrechnung hat den Zweck zwei oder mehrere Investitionen bezüglich ihrer Kosten
miteinander zu vergleichen und somit die Ausgaben zu minimieren. Die Gesamtkosten einer Investition
können in zwei Gruppen unterteilt werden, Fixkosten und variable Kosten. Zu den Fixkosten werden
alle Ausgaben gezählt, die unabhängig von dem Betrieb oder Nutzung anfallen. Darunter fallen Löhne,
Miete wie auch die Kapitalkosten. Als variable Kosten werden alle Ausgaben gezählt die abhängig von
dem Betrieb sind wie Energie und Materialkosten.
Tabelle 5: Rahmenbedingungen der Kostenvergleichsrechnung
[1]
Anschaffungskosten BHKW
€
Dachs Stirling
SE
16.929,80
[2]
Bauliche Kosten
€
3.000,00
3.000,00
[3]
Bafa-Förderung
€
1.425,00
855,00
[4]
Anschaffungskosten I0
€
18.504,80
21.645,003
[5]
Kreditlaufzeit n
a
10
10
[6]
Zinsen i
%
1,0
1,0
[7]
Primärenergieeinsatz
kWh
49.753,3
49.089,1
[8]
Erdgaspreis pro kWh
€/kWh
0,0528
0,0528
[9]
Grundpreis pro Jahr
€/a
219
219
[10]
Gesamtkosten Erdgas
€/a
2.845,97
2.810,91
[11]
Eigenstromverbrauch
kWhel
505,44
562,5
[12]
Strompreis
€/kWhel
0,2573
0,2573
[13]
Kosten Eigenstromverbrauch
€
130,05
144,73
Einheit
3
ecoPower 3.0
Berechnung
19.500,00
[1]+[2]-[3]
[7]*[8]+[9]
[11]*[12]
[7]
10
Die Kapitalkosten bestehen aus der kalkulatorischen Abschreibung und den kalkulatorischen Zinsen.
Diese können mit folgenden Formeln und den Werten aus Tabelle 6 berechnet werden. Der
Liquiditätserlös der Anlage am Ende der Nutzungsdauer RWn wird nicht berücksichtigt.
𝐾𝑎𝑙𝑘𝑢𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝐴𝑏𝑠𝑐ℎ𝑟𝑒𝑖𝑏𝑢𝑛𝑔 𝑝𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 =
𝐾𝑎𝑙𝑘𝑢𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑍𝑖𝑛𝑠𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 =
𝐼0 − 𝑅𝑊𝑛
𝑛
(1)
𝐼0 + 𝑅𝑊𝑛
∗ 𝑖
2
(2)
Tabelle 6: Kostenauflistung
Einheit
Dachs
Stirling SE
ecoPower
3.0
kWhth/a
45000
45000
Berechnung
[1]
Effektiver Wärmeverbrauch
[2]
Volllaststunden pro Jahr
h/a
5100
5.625
[3]
€/a
1.850,48
2.164,50
(1)
€/a
92,52
108,23
(2)
[5]
Kalkulatorische Abschreibung
pro Periode
Kalkulatorische Zinsen pro
Periode
Fixkosten gesamt
€/a
1.943,00
2.164,50
[3]+[4]
[6]
Fixkosten pro kWhth
€/kWhth
0,043
0,048
[5]/[1]
[7]
Eigenstromverbrauch
€/a
130,05
144,73
[8]
Brennstoffkosten (Erdgas)
€/a
2.845,97
2.810,91
[9]
Wartung
€/a
150
770
€/a
3.126,02
3.725,64
[7]+[8]+[9]
€/kWhth
0,069
0,083
[10]/[1]
€/a
5.069,03
5.998,36
[5]+[10]
0,113
0,133
[12]/[1]
[4]
[10] Variable Kosten pro Periode
[11] Variable Kosen pro kWhth
[12] Gesamtkosten pro Jahr
[13]
Gesamtkosten pro kWhth
€/kWhth
[14]
Kostendifferenz
€/kWhth
0,02
Werden lediglich die Kosten betrachtet, die bei der Erzeugung von Wärme bei den beiden BHKWs
anfallen, so ist der Dachs Stirling SE der Fa. Senertec die bessere Alternative. Dies liegt an den
geringeren Investitionskosten und den deutlich geringeren Wartungskosten im Vergleich zu dem
BHKW ecoPower 3.0 von Vaillant.
11
5.2 Gewinnvergleichsrechnung
Die Gewinnvergleichsrechnung dient dazu die Erlöse einer Investition in den Vergleich mit
einzubeziehen. Das Ergebnis der Gewinnvergleichsrechnung gibt eine Aussage darüber welche
Investition von Vorteil ist. Bei einer Gegenüberstellung von zwei Anlagen ist diejenige zu bevorzugen,
die den größeren Gewinn aufweist.
𝐺𝑒𝑤𝑖𝑛𝑛 = 𝐸𝑟𝑙ö𝑠 𝐸 − 𝐾𝑜𝑠𝑡𝑒𝑛 𝐾
(3)
Auf Grund dessen, dass die beiden Blockheizkraftwerke eine unterschiedliche Menge an Strom
produzieren, ist es vorteilhaft eine Betrachtung des Gewinns pro Periode zu betrachten, da eine
Gewinnvergleich pro kWhth zu einem verfälschtem Ergebnis und somit zu einer falschen Entscheidung
führen kann.
Tabelle 7: Auflistung von Erlösen und Gewinndarstellung
[1]
Erzeugter Strom
kWhel/a
Dachs Stirling
SE
5.100
[2]
Erlös pro kWh Strom
€/kWhel
0,0983
0,0983
[3]
Gesamterlös Strom
€/a
473,59
1.567,01
[4]
Energiesteuerrückerstattung
€/a
190,74
269,99
[5]
Kostenersparnis Ölheizung
Heizölpreis
€/kWh
0,07925
0,07925
[6]
Primärenergieeinsatz Heizöl
kWh/a
66.176,5
66.176,5
[7]
Einsparung an Heizölkosten
€/a
5.244,49
5.244,49
[8]
Einsparung pro kWh
€/kWh
0,117
0,117
[9]
Gesamterlös
€/a
5.908,81
7.081,49
[3]+[4]+[7]
€/kWh
0,131
0,157
[9]/45000 kWh
[11] Gesamtkosten (siehe Tabelle 6)
€/a
5.069,03
5.998,36
[12] Gewinn
€/a
839,78
1.083,13
[13] Gewinndifferenz
€/a
Einheit
[10] Stückerlös p
ecoPower
3.0
16.875
Berechnung
[1]*[2]
[5]*[6]
[9]-[11]
243,35
12
Bei der Gewinnvergleichsrechnung kann beobachtet werden, dass das Mini-BHKW ecoPower 3.0 trotz
der höheren Gesamtkosten einen Mehrgewinn von 243,35 € erzielt, weshalb die Entscheidung nach
der Gewinnvergleichsrechnung zu Gunsten des ecoPower 3.0 von Vaillant ausfällt. Das ist darauf
zurückzuführen, dass das System von Vaillant eine größere elektrische Leistung aufweist wie die Anlage
von Senertec, weswegen der Erlös aus dem Stromverkauf um ca. den Faktor 3 höher ausfällt.
5.3 Gewinnschwellenanalyse
Zusätzlich zu einer Gewinnvergleichsrechnung ist es immer sinnvoll eine Gewinnschwellenanalyse
durchzuführen. Bei der Gewinnschwellenanalyse wird aufgezeigt, bis zu welcher Gewinnschwelle, dem
sogenannten Break-even-Point, eine Anlage noch Gewinn erzielt. Unterhalb des Break-even-Points ist
eine Anlage nicht mehr Wirtschaftlich und somit in der Verlustzone.
𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘 − 𝑒𝑣𝑒𝑛 − 𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡 =
𝐾𝑓𝑖𝑥
𝐹𝑖𝑥𝑘𝑜𝑠𝑡𝑒𝑛
=
𝑆𝑡ü𝑐𝑘𝑑𝑒𝑐𝑘𝑢𝑛𝑔𝑠𝑏𝑒𝑖𝑡𝑟𝑎𝑔 𝑝 − 𝑘𝑣𝑎𝑟
𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘 − 𝑒𝑣𝑒𝑛 − 𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡𝐷𝑎𝑐ℎ𝑠 =
(4)
1.943,00 €
= 31.420 𝑘𝑊ℎ
0,131 €/𝑘𝑊ℎ − 0,069€/𝑘𝑊ℎ
𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘 − 𝑒𝑣𝑒𝑛 − 𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡𝑒𝑐𝑜𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 =
2.164,50 €
= 30.476 𝑘𝑊ℎ
0,117 €/𝑘𝑊ℎ − 0,083€/𝑘𝑊ℎ
Das Ergebnis der Gewinnschwellenanalyse ist, dass der ecoPower 3.0 ab 30.476 kWhth die Gewinnzone
erreicht. Der Dachs Stirling SE verlässt die Verlustzone wenig später ab einer Wärmemenge von 31.420
kWhth. Trotz der geringen Differenz zwischen den beiden Anlagen, ist der ecoPower 3.0 aus Sicht der
Gewinnschwellenrechnung dem Dachs Stirling SE vorzuziehen.
5.4 Rentabilitätsrechnung
Die Rentabilitätsrechnung gibt eine Aussage darüber, mit welchen Zinssatz der Kapitaleinsatz pro Jahr
verzinst wird. Um die Rentabilität, die absolute Vorteilhaftigkeit der Investition, festzustellen, wird der
durchschnittliche Gewinn vor den Zinsen mit dem eingesetzten Kapital ins Verhältnis gesetzt.
𝑅𝑒𝑛𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡ä𝑡 =
⌀𝐺𝑒𝑤𝑖𝑛𝑛 + 𝑘𝑎𝑙𝑘. 𝑍𝑖𝑛𝑠𝑒𝑛
∗ 100
𝐼0 + 𝑅𝑊𝑛
2
(5)
13
𝑅𝑒𝑛𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡ä𝑡𝐷𝑎𝑐ℎ𝑠 =
839,78€ + 92,52€
∗ 100 = 10,1%
18.504,80€
2
𝑅𝑒𝑛𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡ä𝑡𝑒𝑐𝑜𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 =
1.083,13€ + 108,23€
∗ 100 = 11,0%
21.645,00€
2
Die Rentabilität der beiden Blockheizkraftwerke ist fast identisch. Der ecoPower 3.0 hat lediglich eine
höhere Verzinsung von 0,9 % und wäre aus diesem Grund dem Dachs Stirling SE zu bevorzugen.
5.5 Amortisationsrechnung
Die Amortisationszeit beschreibt die Rückflussdauer einer Investition. Unter der Rückflussdauer wird
der Zeitraum verstanden, in dem der ursprüngliche Kapitaleinsatz aus den Gewinnen und
Abschreibungen refinanziert wird. Die Amortisationszeit berechnet sich nach Formel (6).
𝐴𝑚𝑜𝑟𝑡𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑧𝑒𝑖𝑡 𝑡 =
𝑡𝐷𝑎𝑐ℎ𝑠 =
𝑢𝑟𝑠𝑝𝑟ü𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐ℎ𝑒𝑟 𝐾𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙𝑒𝑖𝑛𝑠𝑎𝑡𝑧
⌀ 𝑗äℎ𝑟𝑙𝑖𝑐ℎ𝑒𝑟 𝐺𝑒𝑤𝑖𝑛𝑛 + 𝐴𝑏𝑠𝑐ℎ𝑟𝑒𝑖𝑏𝑢𝑛𝑔
𝑖𝑛 [𝑎]
(6)
18.504,80€
= 6,9 𝑎
839,78 €⁄𝑎 + 1.850,48 €⁄𝑎
𝑡𝑒𝑐𝑜𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 =
21.645,00€
= 6,7 𝑎
1.083,13 €⁄𝑎 + 2.164,50 €⁄𝑎
Wie schon bei der Rentabilität unterscheiden sich die Amortisationszeiten der beiden MiniBlockheizkraftwerke nur gering. Während die Rückflusszeit des Senertec Dachs Stirling SE 6,9 Jahre
beträgt, ist der Kapitalrückfluss des Vaillant ecoPower 3.0 bereits nach 6,7 Jahren abgeschlossen und
somit 0,2 Jahre früher. Unter diesem Aspekt, ist der Einsatz des ecoPower 3.0 die bessere Wahl.
14
6 Fazit
Zum Abschluss der Arbeit werden die Mini-Blockheizkraftwerke in Bezug auf ihre wirtschaftlichen
Gesichtspunkte miteinander verglichen. Bei der Kostenvergleichsrechnung kann bei der
Gegenüberstellung beobachtet werden, dass die Kosten des Dachs Stirling SE pro kWhth bei 11,3
Cent/kWhth liegen. Im Vergleich dazu liegen die Kosten des ecoPower 3.0 bei 13,3 Cent/kWhth. Werden
nun im nächsten Schritt die Gewinne miteinander verglichen, ergibt sich für das System von Senertec,
mit der kleineren elektrischen Leistung, ein Gewinn von 839,78 € pro Periode und für das BHKW von
Vaillant ein Gewinn von 1.083,13 €. Mit dem Vaillant ecoPower 3.0 kann somit jährlich ein Mehrgewinn
von 243,35 € erzielt werden.
Ist im Falle der Kostenvergleichsrechnung noch der Senertec Dachs Stirling SE die zu bevorzugende
Alternative gewesen, so ändert sich dies sobald die Erlöse und somit der Gewinn in die Berechnung
mit einfließen. Vergleicht man die beiden Anlagen bezüglich der Gewinnschwelle, der Rentabilität und
der Amortisationszeit, so fällt auf, dass das System von Vaillant immer geringfügig bessere Werte
aufweist. Zurück zu führen ist das auf die höhere elektrische Leistung und somit auf die höheren Erlöse
aus dem Stromverkauf, welche die höheren Investitions- und Betriebskosten egalisieren.
Grundsätzlich ist die Anschaffung des Vaillant ecoPower 3.0 der des Senertec Dachs Stirling SE aus
betriebswirtschaftlicher Sicht zu bevorzugen. Des Weiteren ist ein Vorteil, dass der ecoPower 3.0 im
Fall des Ein- bis Zweifamilienhaushaltes im unteren Bereich der ihm möglichen Wärmebereitstellung
liegt und somit problemlos einen Anstieg des Wärmebedarfs ohne Einsatz eines Spitzelastkessels
abdecken kann. Ebenfalls besteht die Möglichkeit unter Einsatz eines kleinen Wärmenetzes und eines
zusätzlichen Pufferspeichers ein weiteres Einfamilienhaus in unmittelbarer Nähe mit Wärme zu
versorgen, was dazu führt, dass Betrieb des Mini-BHKWs wegen der höheren Auslastung
wirtschaftlicher wird.
15
Quellenverzeichnis
[1]
http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/E/energiestatistiken-energiegewinnungenergieverbrauch,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf, S.7,
08.01.2014; 17:39
[2]
http://www.dimplex.de/uploads/media/Energieverbrauch-privater-Haushalte.jpg;
09.01.2013; 17:48
[3]
Grafik Institut für Wärme und Öltechnik (IWO), erhalten per E-Mail von Herrn Szodruch am
02.01.2013
[4]
http://www.energieheld.de/blog/energieverbrauch-eines-wohnhauses/;08.01.2014;14:33
[5]
Quelle:http://www.bhkw-prinz.de/wp-content/uploads/2011/04/Dachs-Stirling-SE.jpg;
09.01.2014, 22:02
[6]
http://www.senertec.de/index.php?eID=tx_nawsecuredl&u=0&file=uploads/media/infoblatt
-dachs-stirling-se-190112.pdf&t=1389924208&hash=fd06e49255ecb7cdf47696e8ea44320c;
09.12.2013; 13:36
[7]
http://www.senertec-stuttgart.de/typo3/uploads/media/technisches_datenblatt_
dachs_stirling_se.pdf;03.01.2014; 13:41
[8]
http://www.bhkw-prinz.de/vaillant-ecopower-3-0-und-ecopower-4-7-mini-bhkw/61;
09.12.2013; 14:10
[9]
http://www.bhkw-forum.de/board87-bhkw-anbieter-und-produkte/board191-mikro-undmini-bhkw/board16-vaillant-ecopower-3-0-und-4-7/5768-vaillant-verdoppeltwartungskosten/; 15.01.2014; 18:24
[10]
Betriebsanleitung ecoPower 3.0/4.7; PDF; S. 60
[11]
http://www.bmu.de/fileadmin/bmu-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/r
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[12]
https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestandsimmobilien/Finanzierungsa
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[13]
Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung
(Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz) §7 Abs.1 und § 4 Abs. 3 Satz 3, Erstellt am 19.03.2002,
geändert am 12.07.2012
[14]
http://www.bhkw-infozentrum.de/statement/ueblicher_preis_bhkw.html; 03.01.2014; 13:03
[15]
http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/energiestg/gesamt.pdf; 03.01.2014; 14:16
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