Die Energiebox - Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung

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3. Die Wirtschaftlichkeit der Energiebox

3.1. Die Energiebox aus einzelwirtschaftlicher Sicht

Ausschlaggebend für die praktische Einführung neuer, aus gesamtwirt­schaftlicher Sicht sinnvoller und notwendiger energiesparender Systeme ist ihre einzelwirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit gegenüber den am Markt ein­geführten Technologien. Im folgenden werden deshalb die beiden Varianten der Energiebox mit der konventionellen Ölzentralheizung als der im Markt am breitesten eingeführten Beheizungsart verglichen, Dabei wurden die Ko­sten für die Anschaffung der Energiebox einmal auf der Basis der heutigen Preise angesetzt, die aufgrund der bisher noch relativ kleinen Fabrikations­mengen außerordentlich hoch liegen. Zum anderen wurden wahrscheinliche Großserienpreise in den Vergleich einbezogen, um so Aussagen über die Wirt­schaftlichkeit der neuen Systeme nach Abschluß der Anlaufphase zu erhalten, Dieser Großserienpreis wurde für die entsprechenden Komponenten zu 50 % des gegenwärtigen Kleinserienpreises angenommen, ein Wert, der nach Aus­kunft einiger Her­steller für Seriengrößen ab einigen zehntausend Aggregaten pro Jahr als realistisch anzusehen ist.

Die wärmetechnische Dimensionierung der verglichenen Systeme ist nach /1, Seite 140/ mit 17 kW Heizleistung so gewählt, daß der Wärmebedarf eines durchschnittlichen Einfamilienhauses gerade voll gedeckt werden kann (ohne Berücksichtigung einer evtl. wirtschaftlicheren konventionellen Zusatzhei­zung). Weitere in den Wirtschaftlichkeitsvergleich eingehende wichtige Be­stimmungsgrößen sind:

• Amortisation: 11,7 % p.a.
• Heizölpreis: 0,33 DM/l

Anhang 4 enthält weitere Angaben zum Wirtschaftlichkeitsvergleich. In der folgenden Tabelle 1 sind die wichtigsten Ergebnisse zusammengefaßt.

Tabelle 1: Wirtschaftlichkeitsvergleich Ölzentralheizung - Energiebox
(Erläuterungen siehe Anhang 4)

Der Wirtschaftlichkeitsvergleich ergibt, daß die Energiebox in ihren beiden Varianten in der durchgerech­neten kleinsten sinnvollen Leistungsgröße auf­grund der hohen heutigen Anschaffungs­kosten gegenwärtig noch nicht wirt­schaftlich ist. Die Zeilen 5 und 6 der Übersicht zeigen aber, daß in Großserie hergestellte Aggregate die Wirtschaftlichkeitsschwelle bereits bei den jetzigen Energie­preisen überschreiten (Nach 124/ betragen die Brennstoffkosten bei Steinkohlen-Großkraftwerken gemittelt etwa 4,8 Pfg/kWh; mit schnell weiter steigenden Elektrizitätspreisen ist nach /25 und 26/ zu rechnen). In die gleiche Richtung wirkt der mit Sicherheit weiter steigende Ölpreis.

Der in der Tabelle dargestellte Wirtschaftlichkeitsvergleich berücksichtigt bei der Variante „Energiebox mit integrierter Wärmepumpe" nicht die Mög­lichkeit, außerhalb der kältesten Tage ebenfalls Elektrizi­tät abzugeben und damit eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreichen zu können.

Nach den Erfahrungen mit den Kleinheizkraftwerken der Stadtwerke Hei­denheim AG /5/ sind größere Energieboxen (ohne Wärmepumpe) zur Beheizung ganzer Wohnkomplexe aufgrund der Degression der Kapitalkosten schon bei den heutigen Stückzahlen wirtschaftlich zu betreiben.

Im Vergleich zur Gasheizung schneidet die Energiebox allerdings nicht ganz so günstig ab, weil die Anschaffungskosten zumindest für kleinere Gas­heizanlagen meist deutlich unterhalb der Kosten für äquivalente Ölheizungs­anlagen liegen.

Betreibt man die Energiebox ohne Wärme-Kraft-Kopplung etwa im Som­mer, dann ergeben sich die in der Tabelle 1 in der letzten Zeile angegebenen Stromerzeugungskosten (reine Betriebskosten). Diese Kosten liegen so deut­lich oberhalb der für den Bezug von Elektrizität aufzuwendenden Arbeits­preise, daß diese Betriebsart nur in Sonderfällen, nämlich bei Ausfall des öffentlichen Versorgungsnetzes, angewendet werden dürfte.

Eine Verknüpfung der Wirtschaftlichkeitsrechnungen mit den gegenwärtig in der Diskussion befind­lichen staatlichen Maßnahmen zur Unterstützung der Einführung neuer energiesparender Systeme ergibt, daß diese Maßnahmen das heutige Wirtschaftlichkeitsdefizit von kleinen Energieboxen für Ein- und Mehrfamilienhäuser nicht aufzuwiegen vermögen.

Zusammenfassend läßt sich damit feststellen, daß

• die Energiebox bei größeren Aggregaten schon heute wirtschaftlich ist;
• kleinere Aggregate (etwa für Einfamilienhäuser) erst bei Großserienferti­gung wirtschaftlich wer­den.

3.2. Die Energiebox aus gesamtwirtschaftlicher Sicht

Entscheidend für die Bewertung neuer Energietechnologien aus gesamt­wirtschaftlicher Sicht sind vor allem die folgenden Gesichtspunkte:

1. Einzelwirtschaftlichkeit: Neue Technologien zur Einsparung von Energie müssen - zumindest nach der Einführungsphase - in einzelwirtschaftlicher Hinsicht wirtschaftlich sein, weil sonst die Volkswirtschaft insgesamt für die sich ergebenden Mehrkosten aufzukommen hätte (Siehe hierzu den vor­hergehenden Abschnitt 3.1).
2. Art und Umfang des Einspareffekts: Große Einspareffekte bei auf abseh­bare Zeit reichlich vor­handenen Energieträgern sind von geringerer Be­deutung als bei sich rascher verknappenden und heute weitverbreiteten Energieträgern wie z.B. Mineralölen.
3. Technologische Kompatibilität mit den vorhandenen Energietechniken und Versorgungs­systemen: Neue Technologien zur Energieeinsparung lassen sich um so schneller und kostensparender in den Markt einführen, je besser sie mit den vorhandenen Energietechnolo­gien und Versorgungs­systemen harmonieren. Nur dann ist eine laufende Substitution der vor­handenen Anlagen durch solche mit neuer Technologie ohne größere Um­stellungsschwierig­keiten kostengünstig möglich.
4. Einfluß auf die Umweltbelastung: Mit der Einführung neuer energie­sparender Technologien sollte zugleich die mit jeder Energieumwandlung einhergehende Umweltbelastung soweit wie möglich reduziert werden.
5. Verringerung der Importabhängigkeit: Langfristiges Ziel nationaler Energiepolitik ist es, die Abhängigkeit von den zu importierenden Energie­trägern zu vermindern.
6. Auswirkungen auf die Beschäftigungssituation: Angesichts der relativ hohen Zahl von Arbeits­losen sind die Auswirkungen neuer Energietechno­logien auf die Quantität und Qualität der Arbeitsplätze von besonderer Bedeutung.

Im folgenden wird versucht, die charakteristischen Eigenschaften der Energiebox anhand der vorste­hend aufgeführten Gesichtspunkte zu bewerten. Dabei ist zwischen der Energiebox ohne Wärme­pumpe und derjenigen mit integrierter Wärmepumpe zu unterscheiden. Diese letztere Ausführung der Energiebox ist vergleichsweise einfach zu behandeln, wenn - wie auch im einzelwirtschaftlichen Ver­gleich geschehen - nur ihre Wärmeproduktion in Betracht gezogen wird und die Möglichkeit zur Abgabe von Elektrizität hier unberücksichtigt bleibt. Dann nämlich erstreckt sich der Einspareffekt aus­schließlich auf die im wesentlichen zur Heizwärmeerzeugung im Haushalts- und Kleinverbrauchs­bereich verwendeten Energieträger Heizöl und Erdgas. Hinsichtlich der möglichen Abgabe von Elektrizität verhält sich diese Energie­box wie die Energiebox ohne Wärmepumpe. Kennzeichnend für diese Variante der Energiebox ist die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Elektrizität, weshalb in diesem Fall auch Einspar- und Verdrängungseffekte im Elektri­zitätsbereich in den Vergleich mit ein­bezogen werden müssen. Dabei wird auch auf einige besondere Eigenschaften von Großkraftwerken einzugehen sein.

Ersetzt man vorhandene oder geplante Zentralheizungsanlagen mit Heizöl- oder Erdgasfeuerung durch entsprechende Energieboxen mit Wärmepumpen, so bewirkt dies eine Einsparung von fast 50 % der andernfalls zu verbrauchen­den Energieträger (Ein größerer und ebenso unmittelbar wirken­der Einspar­effekt ist wohl mit keiner anderen, schon jetzt verfügbaren Technologie zu erzielen!).

In diesem Zusammenhang ist ein Vergleich des Energieverbrauchs anderer Verfahren zur Wärmever­sorgung der Haushalte, Gewerbe- und Kleinver­braucher mit demjenigen der Energiebox mit Wärme­pumpe aufschlußreich. Tabelle 2 gibt hierzu einen Überblick (Einzelheiten Anhang 5; nach /12, 22 und 27/).

Um eine Einheit Nutzwärme zu erzeugen, sind erforderlich (Ölzentralhei­zung = 100 %, bezogen auf den Primärenergieverbrauch):

Tabelle 2: Energieverbrauch einiger Wärmeversorgungsverfahren im Bereich
Haushalt und Kleinverbrauch

Auffallend ist die unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung uner­reichte Spitzenposition der Energiebox. Bemerkenswert ist ferner, daß der Energieverbrauch elektrisch betriebener Wärmepum­pen fast um die Hälfte über dem Energieverbrauch der Energiebox liegt. Elektrowärmepumpen sind deshalb aus energetischer Sicht nur dann sinnvoll, wenn sie vorhandene Elektroheizungen (Wider­standsheizungen wie z.B. Nachtspeicherheizungen) ersetzen.

Nach den Abschätzungen im Anhang 6 kann im Jahre 1990 mit etwa 700 000 Heizungsanlagen mit Energieboxen mit Wärmepumpen im Bereich von Haus­halt und Kleinverbrauch gerechnet werden (Ausstattung von 15 % aller Ge­bäude dieses Verbrauchssektors mit Zentralheizungen mit Energiebox mit Wärmepumpen). Hieraus läßt sich eine jährliche Ersparnis von etwa 1,5 Mio t Erdöl (2,1 Mio t Stein­kohleeinheiten [SkE] ) bzw. 0,8 Mio m³ Erdgas (0,82 Mio t SkE) grob abschätzen, was bezogen auf den Verbrauch des Sektors Haushalt und Kleinverbrauch im Jahre 1990 etwa 2,4 % des Erdöl- bzw. 1,7 % des Erd­gasverbrauchs bedeutet. Damit haben diese Einsparungen bereits die Größe des für 1990 prognostizierten jährlichen Verbrauchszuwachses von 0,9 % deut­lich überschritten. Hervor­zuheben ist, daß die Einsparung auch an dem Ener­gieträger Mineralöl ansetzt, einem Energieträger, der nach heutiger Kenntnis am ehesten erschöpft sein dürfte.

Die technologische Kompatibilität der Energiebox mit Wärmepumpe mit konventionellen Zentral­heizungsanlagen sowie mit der eingespielten Heizöl- bzw. Erdgasversorgungsstruktur kann wohl als vorzüglich bezeichnet werden. Lediglich im Bereich des den Wartungsdienst leistenden Handwerks sind Weiterbildungsmaßnahmen einzuleiten.

Auch zum Ziel der Reduzierung der Umweltbelastung mit Schadstoffen ver­mag die Energiebox mit Wärmepumpe einen beträchtlichen Beitrag zu leisten. Aufgrund der auf rund die Hälfte reduzierten Verbrauchswerte für Heizöl bzw. Erdgas im Verhältnis zu konventionellen Zentralheizungsanlagen verringert sich die Schadstoffemission im wesentlichen in derselben Relation. In gleicher Weise ver­mindert sich der Kohlendioxyd- und Abwärmeanfall.

In Bezug auf die Verringerung der Importabhängigkeit der Energieträger kann angenommen werden, daß sich das oben abgeschätzte Einsparungs­ergebnis in einer Verringerung des Importbedarfs auswir­ken dürfte.

Zum Gesichtspunkt „Auswirkungen auf die Beschäftigungssituation" wird für beide Varianten der Energiebox am Ende dieses Kapitels gemeinsam Stellung genommen.

Auch bei der Energiebox ohne Wärmepumpe sei hinsichtlich des einzel­wirtschaftlichen Vergleichs auf Abschnitt 3.1 verwiesen.

Mit der dezentralen Nutzung der Wärme-Kraft-Kopplung in der Energie­box ist zunächst eine gewisse Verlagerung des für die Elektrizitätserzeugung hauptsächlich eingesetzten Energieträgers Kohle auf Mineralöl und Erdgas verbunden. Auf der Basis der Abschätzungen in Anhang 6 können mit der Ener­giebox ohne Wärmepumpe insgesamt jährlich etwa 19 Terawattstunden (TWh) an Elektrizität erzeugt werden (dortige Tabelle A 6-7). Der hiermit verbundene Mehrverbrauch von rd. 4,7 Mio t SkE an die­sen beiden Energie­trägern entspricht etwa 1,5 % des für 1990 prognostizierten Gesamtverbrauchs an Öl und Erdgas bzw. 18 % des 1976 zur Elektrizitätsversorgung aufgewandten Anteils. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß nach 128/ im gleichen Jahr etwa 25 % der in Großkraftwerken erzeugten Elektrizi­tät auf der Basis von Öl und Erdgas erfolgte. Diese Vergleiche lassen erkennen, daß die Argu­mente, die gegen eine verstärkte dezentrale Nutzung der Wärme-Kraft-Kopplung vor­gebracht werden, angesichts der Gesamtrelationen nur von begrenztem Ge­wicht sind. Auch die Importabhängigkeit würde hierdurch nicht merklich vergrößert.

In technologischer Hinsicht ist die Energiebox ohne Wärmepumpe in gleicher Weise mit den vorhan­denen Strukturen kompatibel, wie es für die Energiebox mit Wärmepumpe bereits dargelegt worden ist. In Abschnitt 2,3 ist darüber hinaus ausgeführt, wie sich die technische Integration der Energiebox in das Elektrizitätsnetz der EVU darstellt. Ausführungen über die ordnungspolitische Integration der Energiebox in das Elektrizitätsnetz enthält Abschnitt 5.

Hinsichtlich der Umweltbelastung gilt ähnliches wie es für die Energiebox mit Wärmepumpe bereits aufgezeigt ist. Dies beruht darauf, daß mit dem erheblichen Minderverbrauch an zu verbrennenden Energieträgern eine starke Reduzierung der Umweltbelastung verbunden ist. Es ist jedoch anzu­mer­ken, daß mit der Elektrizität liefernden Energiebox die Umweltbelastung zwar insgesamt, nicht aber an ihrem Aufstellungsort selbst verringert wird, da die bei der Elektrizitätserzeugung in Großkraftwerken entstehende Um­weltbelastung im wesentlichen an ihrem jeweiligen Standort entsteht und nur ver­edelte Energie, nämlich Elektrizität, die Verbrauchsorte erreicht.

Allerdings sprechen Umweltschutzgesichtspunkte auch gegen einen wei­teren Zubau von Großkraft­werken. Zwar lassen sich bei ihnen mit sehr hohen Schornsteinen und laufender optimaler Wartung des Betriebs die Umwelt­belastungen verringern. Auf der anderen Seite muß man aber neben der immen­sen lokalen Abwärmebelastung die Tatsache bewerten, daß solche „Energiegroßfabriken" mit den dazu notwendigen Hochspannungsableitun­gen eine Landschaft völlig überfordern können. Nicht zuletzt hierauf beruht ein Großteil der Standortproblematik. Die Energiebox hingegen ist klein und überall leicht aufzustellen, so daß bei ihr keine Standortprobleme auftreten.

Bemerkenswerte Erkenntnisse liefert ein Vergleich des spezifischen Inve­stitionsaufwands (DM/kW) für Großkraftwerke und die Energiebox /1, 5, 24 und 26/:

Tabelle 3: Spezifischer Investitionsaufwand bei der Elektrizitätserzeugung in Großkraftwerken und in Energieboxen

Die signifikanten Unterschiede beim spezifischen Investitionsaufwand be­ruhen zum einen darauf, daß Großkraftwerke auch bei der heute üblichen Blockbauweise mit erheblichen „first of its kind"-Kosten belastet sind, während diese Kosten aufgrund der Serienproduktion die einzelne Energie­box anteilig nur gering belasten. Außerdem sind Großkraftwerke wegen der bis zu 7 Jahren betragenden Bauzeit mit erheblichen Kapital-, Versicherungs­ und ähnlichen, ihrer Qualität nach unproduktiven Vorlauf­kosten belastet, bevor die Anlagen mit der Elektrizitätsproduktion beginnen können. Diese Kosten erreichen heute bereits die Größenordnung derjenigen Kosten, die für die Anschaffung einer der elek­trischen Leistung eines Großkraftwerks ent­sprechenden Anzahl von Energieboxen aufgewendet wer­den müßten.

Wie Tabelle A 6-5 ausweist, ist bereits bei einer nur 15 %igen Ausstattung der Gebäude mit Energie­boxen eine installierte elektrische Leistungskapazität von fast 13 Gigawatt (GW) verfügbar, was 10 Großkraftwerken der Biblis-Klasse entspricht. Damit könnte die Energiebox die tägliche Belastungs­schwankung der Elektrizitätserzeugung (10 bis 20 GW je nach Jahreszeit, vgl. /28/) im wesentlichen abdecken. Andererseits läßt sich aus diesen Über­legungen aber auch folgern, daß ein signifikanter Teil des jährlichen Bedarfs­zuwachses an Elektrizitätserzeugungskapazität nicht durch neue Großkraft­werke, sondern durch Energieboxen befriedigt werden könnte. Die Großkraft­werke wären dann bevorzugt im Grundlastbereich einzusetzen, während die Spitzenbedarfsdeckung Klein­kraftwerken wie der Energiebox zuzuweisen wäre.

Eine solche Entwicklung würde von der Problematik der Großkraftwerke wegführen und die Lage auf diesem Gebiet entspannen helfen. Dabei bedeutet der Einsatz der Energiebox keine Festlegung auf die heutigen Energieträger Mineralöl und Erdgas, sondern hält zukünftige Substitutionsmöglichkeiten wie nukleare Verflüssigung und Vergasung heimischer Kohle offen. Die heute übliche direkte Ver­stromung der Kohle hat hingegen nur einen relativ gerin­gen energetischen und damit auch gesamt­wirtschaftlichen Nutzungsgrad.

Energiebox und Großkraftwerke ergänzen sich somit in ihrer Aufgabe, den großen energieverbrau­chenden Bereich Haushalt und Kleinverbrauch zu ge­samtwirtschaftlich optimalen Bedingungen mit den benötigten Endenergien Heizwärme und Elektrizität zu versorgen.

In den vorstehenden Überlegungen sind die erheblichen jährlichen Investi­tionen der EVU in die Elektrizi­tätsverteilungsanlagen nicht berücksichtigt, obwohl sie nach /28/ derzeit von gleicher Höhe wie die Investitionen im Erzeu­gungsbereich selbst sind, da auch bei einer stark dezentralisierten Elektrizi­tätserzeugung überregionale Verteilungsnetze erforderlich sein werden. Ihr Ausbau wird je­doch verlangsamt.

Die Auswirkungen, die mit der Einführung der Energiebox auf die Beschäf­tigungslage verbunden sind, lassen sich im Rahmen dieser Studie nur andeu­ten. Im Produktionsbereich ist eine partielle Verlage­rung der Arbeitsplätze von den traditionellen Herstellern von Zentralheizungsanlagen auf höher quali­fizierte Produktionsstätten des Maschinenbaus und der Elektrotechnik/Elektronik zu erwarten, weil die Energiebox ein technisch anspruchsvolleres Aggregat als eine konventionelle Zentralheizungs­feuerung ist. So ist es z.B. denkbar, daß die Automobilindustrie die Fertigung der Energiebox aufgreift, wenn der Automobilabsatz Sättigungserscheinungen zeigt. Denn diese Branche ist von der technolo­gischen Seite her dafür prädestiniert, weil wesentliche Komponenten der Energiebox schon heute zu ihrem Produktionsprogramm gehören. Ähnliches läßt sich für den Bereich der Wartung vermuten. Die komplexe Steuer- und Überwachungselektronik der Energiebox wird dem Mikroprozessor ein neues Anwendungsfeld eröffnen, das es bisher in der Heiz­technik nicht gibt.

Die Einführung der Energiebox wird möglicherweise einen verminderten Zubau neuer Großkraftwerke zur Folge haben. Dies ist beschäftigungspolitisch aber dann ohne Nachteil, wenn es gelingt, die dadurch zunächst freiwerdenden Produktionskapazitäten der Hersteller von Großkraftwerken für neue Groß­anlagen zur Verflüssigung und Vergasung der heimischen Kohle einzusetzen.

Eine schnelle Ausbreitung der Energiebox als Bestandteil eines modernen Energieversorgungs­systems auf dem Binnenmarkt der Bundesrepublik Deutschland dürfte vom Ausland als ein Beweis technologischer Spitzen­stellung interpretiert werden. Dies wird entsprechende Auswirkungen auf den Exportmärkten nach sich ziehen.

Insgesamt gesehen wird man deshalb annehmen können, daß die Einfüh­rung der Energiebox mit einer Zunahme der Zahl der Arbeitsplätze verbunden ist. Sicher ist heute schon, daß höher qualifi­zierte Arbeitsplätze mit ihren positiven Auswirkungen auf die gesamte Gesellschaft geschaffen wer­den.

Im Ergebnis ist hervorzuheben, daß

• die Energiebox erhebliche Energiemengen einzusparen erlaubt;
• die Kompatibilität der Energiebox mit den gegebenen technischen Versor­gungsstrukturen eine laufende und störungsfreie Einführung gestattet;
• die Umweltbelastung aufgrund der mit jeder neuen Energiebox gegebenen erheblichen Energieein­sparung verringert wird;
• die Energiebox die Importabhängigkeit nicht vergrößert;
• Energiebox und Großkraftwerke sich gesamtwirtschaftlich gesehen im Verbund vorteilhaft ergän­zen;
• die Einführung der Energiebox mit positiven Auswirkungen auf die Be­schäftigungslage verbun­den sein dürfte.