Die Brennstoffzelle ist die Alternative zur Stromerzeugung über einen Motor oder eine Turbine. In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff in einer kontrollierten Reaktion miteinander zu Wasser. Beide Gase sind durch einen Elektrolyten (Membran) voneinander getrennt und tauschen nur über einen elektrischen Leiter Elektronen aus. Durch den Elektronenfluss wird die Brennstoffzelle zur Stromquelle. Die dabei entstehende Wärme wird wie bei der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt.
Bei der Verwendung von reinem Wasserstoff gibt es keine Abgase oder andere Schadstoffe, da das Verbrennungsprodukt Wasser ist. Außerdem verläuft der Verbrennungsprozess im Gegensatz zur Kraft-Wärmekopplung nahezu lautlos.
Um eine Brennstoffzelle mit Erdgas zu betreiben, muss das Erdgas in einem chemischen Prozess zerlegt (reformiert) werden. Bei diesem Prozess entstehen kaum noch die bei der Verbrennung bekannten Schadstoffe. Auch die CO2-Emissionen sind rund um ein Viertel niedriger.
Gebräuchlich sind folgende Typen von Brennstoffzellen, die sich vor allem durch die unterschiedlichen Materialien von Elektrolyten (Membranen) unterscheiden:
| Bezeichnung | Beschreibung |
|---|---|
| AFC (Alkaline Fuel Cell) Alkalische Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Kalilauge (KOH) Betriebstemperatur: <80°C Brennstoff: Hochreiner Wasserstoff oder CO2-freies Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 45-60% Leistungsbereich: 100 W..100 kW Entwicklungsstand: kommerziell verfügbar Einsatzbereiche: Raumfahrt, Militärtechnik |
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PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)
|
Elektrolyt: Polymermembran Betriebstemperatur: 10..100°C Brennstoff: Wasserstoff, Methanol oder Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 40-60% Leistungsbereich: 100 W..10 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Fahrzeugantriebe, Hausenergieversorgung, portable Anwendungen |
| PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) Phosphorsaure Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Phosphorsäure (H3PO4) Betriebstemperatur: 150..250°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas oder Reformat Elektrischer Wirkungsgrad: 40-50% Leistungsbereich: 200kW..10 MW Entwicklungsstand: Kleinserie Einsatzbereiche: Heizkraftwerke |
| MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen |
Elektrolyt: Alkalicarbonat-Mischschmelze aus Lithium- und Kaliumcarbonat Betriebstemperatur: 580-675°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas Elektrischer Wirkungsgrad: 45-50% Leistungsbereich: >100 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Heizkraftwerke, Kraftwerke |
| SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Oxidkeramische Brennstoffzellen |
Elektrolyt: oxydkeramischer Elektrolyt Betriebstemperatur: 650..1.000°C Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas (Methan CH4) oder Kohlegas Elektrischer Wirkungsgrad: 55-66% Leistungsbereich: bis >100 MW Entwicklungsstand: Prototypen Einsatzbereiche: Hausenergieversorgung, Heizkraftwerke, Kraftwerke |
Für die Verwendung zur Stromerzeugung und Beheizung von Gebäuden werden vor allem Brennstoffzellen vom Typ PEMFC und SOFC eingesezt. Erste Geräte stehen kurz vor der Markteinführung.
Förderung
Brennstoffzellen werden wie Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) mit einem Zuschlag von 5,11 Cent/kWh zum Strompreis, jedoch für die Dauer von 10 Jahren gefördert.
Weblinks
Solarenergie gehört zu den erneuerbaren Energieträgern.
In Deutschland können mit 1 kWp-Photovoltaik-Anlage (das entspricht einer Fläche von 6-7 m²) bei optimaler Ausrichtung etwa 850 bis 1000 kWh Strom pro Jahr erzeugt werden. Der durchschnittliche jährliche Stromverbrauch eines Vier- Personen- Haushalts in Deutschland liegt bei etwa 3.000-4.000 kWh.
Die Stromerzeugung aus Solarenergie wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert. Abhängig von der Größe der Anlage und dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme.
Für Strom aus Solaranlagen, der in das Stromnetz eingespeist wird, kann nach § 19 EEG entweder:
- die Marktprämie
- eine Einspeisevergütung oder
- ein Mieterstromzuschlag
in Anspruch genommen werden. Die Höhe der Vergütung wird ständig angepasst (»Einspeisevergütungen für PV-Strom bei Wikipedia). Die zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme festgelegte Vergütung wird für einen Zeitraum von 20 Jahren gezahlt.
Alternativ kann der Strom aus der PV-Anlage auch selbst genutzt werden.
Weitere Informationen
- »Berechnung des Ertrags von PV-Anlagen (einschl. Eigenstrom)
- »Informationen zum EEG (einschl. Vergütungen) bei Wikipedia
- »Vergütungssätze auf Netztransparenz.de (Informationsportal deutscher Übertragungsnetzbetreiber)
- »Informationen der Bundesnetzagentur
- »Portal Erneuerbare Energien (Bundesumweltministerium)
- »KfW Bank (Fördermittel)
In einem konventionellen Kraftwerk treiben Kohle, Erdgas, Öl oder andere Energieträger einen Generator an. Nur etwa 40% der Energie kann davon als Strom genutzt werden. Die restliche Energie wird als Wärmeenergie über Kühltürme ungenutzt an die Umgebung abgegeben.
Bei Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird die Abwärme für die Beheizung oder Warmwasserbereitung genutzt. Auf diese Weise können etwa 90% der eingesetzten Energie genutzt werden. Gegenüber der herkömmlichen Stromerzeugung werden so etwa 40% Primärenergie eingespart. Deshalb trägt die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wesentlich zur Reduktion von CO2-Emissionen bei.
Große Heizkraftwerke nutzen schon seit Jahren das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und versorgen Ihre Kunden gleichzeitig mit Strom und Fernwärme.
Blockheizkraftwerke (Leistungen zwischen 50 kW und 2 MW) versorgen zusammenhängende Wohngebiete, Wohnblocks oder größere Nichtwohngebäude mit Strom und Wärme. Hier werden vor allem Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen eingesetzt.
Auch in Einfamilienhäusern oder einzelnen Mehrfamilienhäusern lassen sich kleine Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung einsetzen, sogenannte Mikro-KWK-Anlagen.
In der Regel werden Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung nur für 20-25 % der benötigten Wärmeleistung ausgelegt, um eine möglichst hohe Auslastung der KWK-Anlage zu gewährleisten. Eine KWK-Anlage sollte möglichst zu 50% (entspricht ca. 4.500 Vollbenutzungsstunden p.a.) ausgelastet werden. Die restliche Wärmemenge wird z.B. durch einen Öl-Brennwert-Kessel erzeugt.
KWK-Anlagen haben einen elektrischen Wirkungsgrad von 20-40%. Zusammen mit der thermischen Leistung kann die KWK-Anlage so einen Brennstoffwirkungsgrad von 80-90% erreichen.
Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung
Die Förderung von Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung ( KWK) ist abhängig von der Art des verwendeten Brennstoffes. Für Biomasseanlagen erhalten eine Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), während alle anderen Anlagen nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) gefördert werden.
Biomasseanlagen (§ 27 EEG), die 2010 in Betrieb genommen werden erhalten für 20 Jahre eine feste Vergütung von bis zu 11,55 Cent/kWh (Anlagen bis 150 kW). Für KWK-Anlagen wird darüber hinaus ein Bonus in Höhe von 2,97 Cent/kWh (EEG Anlage 3) gewährt. Wird die Anlage mit nachwachsenden Rohstoffen (Anlage 1 EEG) betrieben, wird ein weiterer Bonus in Höhe von bis zu 5,94 Cent gewährt. Für Anlagen, die 2011 oder später in Betrieb gehen, verringern sich die Vergütungen jeweils um 1% p.a. (§ 20 EEG).
Die Investition in Biomasseanlagen wird auch durch zinsgünstige Darlehen der KfW (KfW-Programm Erneuerbare Energien) unterstützt.
Nach dem KWKG erhalten hocheffiziente KWK-Anlagen eine Vergütung in Höhe des üblichen Preises (durchschnittlicher Preis für Grundlaststrom an der Strombörse EEX in Leipzig) und einen Zuschlag in Höhe von bis zu 5,11 Cent/kWh (für einen Leistungsanteil bis 50 KW). Der Zuschlag wird für max. 30.000 Vollbenutzungsstunden innerhalb von 6 Betriebsjahren (das entspricht 5.000 Vollbenutzungsstunden p.a.) gewährt.
Ab dem 1.4.2012 werden Mini-KWK-Anlagen bis 20 kWel wieder über ein Förderprogramm durch das BAFA gefördert.
»www.bafa.de → Energie → Kraft-Wärme-Kopplung
Weitere Informationen zu KWK-Anlagen
Die Weiterentwicklung von konventionellen Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die Brennstoffzelle. Auch hier wird gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt, jedoch ohne einen Verbrennungsvorgang. Weitere Informationen finden Sie unter »Brennstoffzellen
Der Ökostromanbieter »Lichtblick AG vertreibt seit 2010 KWK-Anlagen unter dem Namen ZuhauseKraftwerk. Dabei handelt es sich um einheitliche KWK-Anlagen die zusammen mit der Volkswagen AG entwickelt wurden. Die Anlagen werden vom Stromanbieter betrieben und so gesteuert, dass der Strom als Spitzenlaststrom verkauft werden kann, wodurch sich die Vergütung für den erzeugten Strom erheblich verbessert.
Weblinks
energie-m Energieberatung bietet Ihnen Nachweise und Beratung zum dena-Gütesiegel Effizienzhaus an. Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite der dena:
Mit der Einführung des Referenzgebäudes für Wohngebäude ist es inzwischen einfacher, zu entscheiden, welcher Dämmstandard für neue Gebäude einzuhalten ist. Gleichzeitig ist aber der Standard mit der EnEV 2009 soweit angehoben worden, dass die energetische Planung nicht mehr ohne genauen Nachweis möglich ist.
Das Referenzgebäude ist ein gedachtes Gebäude mit der gleichen Gebäudegeometrie, wie das reale Gebäude. Statt der geplanten/vorhandenen Konstruktionen und technischen Anlagen werden jedoch Referenzanforderungen eingetragen. Sowohl das Referenzgebäude als auch das reale Gebäude werden energetisch bewertet. Die EnEV fordert, dass der Primärenergiebedarf des realen Gebäudes höchstens den Wert des Referenzgebäudes erreicht. Für die Förderung durch die KfW wird zusätzlich der Transmissionswärmeverlust des realen Gebäudes mit dem Referenzgebäude verglichen.
Die folgende Tabelle soll verdeutlichen, welchen Standard ein Gebäude erfüllen muss, um die Anforderungen der EnEV 2009 zu erfüllen:
| Bauteil | Referenzgebäude | Beispielkonstruktion |
|---|---|---|
| Außenwände und Decken | U = 0,28 |
|
| Bodenplatte, Wände im Erdreich und zu unbeheizten Räumen | U = 0,35 |
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| Dächer, oberste Geschossdecke, Abseiten im Dach | U = 0,20 |
|
| Fenster | UW = 1,3 g = 0,60 |
|
| Außentüren | U = 1,8 |
|
| Wärmebrücken | ΔUWB = 0,05 |
|
| Luftdichtheit | mit Dichtheitsprüfung |
Die Dichtheit der Gebäudehülle wird nachgewiesen mit einem n50 ≤ 1,5 Hinweis: Ohne Luftdichtigkeitstest ist mit erhöhten Lüftungswärmeverlusten zu rechnen. |
| Heizung | Brennwertkessel in der beheizten Hülle | Bei bis zu 2 WE ist eine Aufstellung außerhalb der thermischen Hülle |
| Trinkwassererwärmung |
Durch die Einführung des Referenzgebäudes ändern sich die Möglichkeiten, ein Gebäude für die EnEV energetisch zu optimieren wie folgt:
- Der Anteil der Fensterfläche ist beim Vergleich mit dem Referenzgebäude egal, denn das Referenzgebäude hat die gleiche Fensterfläche.
- Die Ausrichtung des Gebäudes beim Vergleich mit dem Referenzgebäude ebenfalls nicht von Interesse.
Seit dem Berliner Mietspiegel 2009 ist der Energieverbrauchskennwert des Energieausweises Grundlage für die Spanneneinteilung.
Wahlweise kann entweder die Wärmedämmung/Heizung bewertet werden oder der Energieverbrauch. Als Wohnwertmindernde Merkmale gelten Energieverbräuche von mehr als 170, 210 bzw. 250 kWh/(m²a). Wohnwerterhöhendes Merkmal ist ein Energieverbrauch unter 120, 100 bzw. 80 kWh/(m²a). Da die Kennwerte bei Bedarfsausweisen in der Regel höher liegen, werden die Grenzen bei diesen Ausweisen um 20% erhöht. Ist die Warmwasserversorgung im Kennwert nicht enthalten, sind 18% für die Warmwasserversorgung auf den Energiekennwert aufzuschlagen.
Bei der Einordnung über den Gebäudestandard gilt als Wohnwertminderndes Merkmal eine unzureichende Wärmedämmung oder eine Heizanlage vor 1984. Als Wohnwerterhöhendes Merkmal gilt eine Wärmedämmung zusätzlich zur vorhandenen Bausubstanz oder eine moderne Heizanlage nach dem 1.7.1994.
Weblinks
Bei einem durchgängigen Betrieb der Trinkwarmwasserzirkulation wird relativ viel Energie ungenutzt verbraucht. Der Verbrauch lässt sich durch folgende Maßnahmen vermindern:
- während der Nachtstunden kann die Zirkulation ausgeschaltet werden (z.B. 22-6 Uhr).
- Zirkulation wird nur eingeschaltet, wenn Badräume betreten werden (Bewegungsmelder mit Zeitschaltuhr)
Die Pumpe kann ausgeschaltet werden, wenn in der Leitung eine bestimmte Temperatur nicht unterschritten wird (Pumpen von Vortex und Grundfos oder die Steuerung "Circon" der Fa. Clauss)- sogenannte "intelligente" Pumpen schalten sich dann ein, wenn ein Bedarf (kurzzeitiges Öffnen des Wasserhahns) registriert wird. Das Warmwasser steht dann kurze Zeit später direkt an der Entnahmestelle bereit (z.B. Grundfos Comfort Auto Adapt).
Bei größeren Anlagen sind die Trinkwasserverordnung (TrinkwV von 2001, wird vorr. 2009 novelliert) und die einschlägigen technischen Regelwerke zu beachten (z.B. DVGW Regelwerk W551, Stand 2004 und VDI Richtlinie 6023).
Weblinks
Das "Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen" ist das deutsche Gütesiegel, das einen "green building" Standard garantiert. Darüber hinaus werden Standards in Richtung "sustainable building" definiert. Das Gütesiegel entstand aus dem Runden Tisch "Nachhaltiges Bauen" im Bauministerium. Folgende Kriterien werden bei der Zertifizierung bewertet:
| Hauptkriteriengruppe | Kriteriengruppe | Wichtung |
| Ökologische Qualität |
Wirkung auf die globale und lokale Umwelt Ressourceninanspruchnahme und Abfallaufkommen |
22,5% |
| Ökonomische Qualität |
Lebenszykluskosten Wertentwicklung |
22,5% |
| Soziokulturelle und Funktionale Qualität |
Gesundheit, Behaglichkeit und Nutzerzufriedenheit Funktionalität Gestalterische Qualität |
22,5% |
| Technische Qualität |
Qualität der technischen Ausführung |
22,5% |
| Prozessqualität |
Qualität der Planung Qualität der Bauausführung Qualität der Bewirtschaftung |
10% |
| Standortnote |
||
| Standortqualität | 100% |
Mitinitiator: Werner Sobek, Architekt, Stuttgart, Projekt: R128
Weblinks
- Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen
Ökostromangebote der Energieversorger sind leider nur schwer zu vergleichen. Viele Anbieter haben ihren eigenen, komplexen Anforderungskatalog selbst entwickelt und lassen lediglich die Einhaltung vom TÜV prüfen. Daneben gibt es standardisierte Siegel, wie Ok-Power und das Grüner-Strom-Label.
Bei manchen Angeboten ist die Beimischung von Strom aus konventionellen Kraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) erlaubt. Außerdem ist die Quote, mit der in den Ausbau der erneuerbaren Energien investiert werden muss, sehr unterschiedlich. Einige Anbieter verwenden sogar die in Verruf geratenen RECS-Zertifikate, die eigentlich nichts mit Ökostrom zu tun haben.
Grüner Strom Label
Der »Grüner Strom Label e.V. (GSL) zertifiziert Ökostromprodukte mit hohem Umweltnutzen. Zentrales Kriterium der Zertifizierung ist, dass die Stromanbieter einen bestimmten Teil der Kundengelder in neue regenerative Anlagen investieren. Nur durch diese Förderung umweltfreundlicher Anlagen bewirkt Ökostrom tatsächlich einen zusätzlichen Umweltnutzen.
Beteiligte Organisationen: Bund für Umwelt- und Naturschutz (BUND), EUROSOLAR, der Naturschutzbund Deutschland (NABU), der Deutsche Naturschutzring (DNR), die Verbraucher Initiative sowie IPPNW und die Naturwissenschaftler für den Frieden (NaturwissenschaftlerInnen-Initiative).
Kriterien:
- "GSL Gold" : 100% regenerativ erzeugten Strom
- "GSL Silber": regenerativ erzeugter Strom mit bis zu 50% Strom aus Kraft-Wärme-Kopplung
zertifizierte Anbieter (Auswahl): Naturstrom AG, viele lokale Stadtwerke, z.B. SW Münster, SW Hannover
OK Power
Im Mittelpunkt der Vergabekriterien des Gütesiegels »ok-power des EnergieVision e.V. steht die Garantie, dass die mit dem Gütesiegel ausgestatteten Produkte zu einem "zusätzlichen Umweltnutzen" führen.
Beteiligte Organisationen: Verbraucher-Zentrale NRW, WWF
Kriterien: Umweltentlastung Förderung des Neubaus von Kraftwerken auf regenerativer Basis nach quantifizierten Mindestbedingungen Umweltverträglichkeit der regenerativen Kraftwerke
zertifizierte Anbieter (Auswahl): LichtBlick, Bewag, NaturEnergie, MVV Energie, SW Kassel, HEAG, unit energy, best energy
TÜV
Die Ökostrom-Zertifizierung des TÜV gilt für Ökostrom-Anbieter, die ihren Kunden Strom aus Erneuerbaren bzw. Umweltfreundlichen Energien anbieten.
Beteiligte Organisationen: TÜV Nord, »TÜV Süd, TÜV Hessen, TÜV Rheinland, TÜV Hannover/Sachsen-Anhalt
Kriterien: 25% des Stroms aus Anlagen, die extra für das Ökostrom-Angebot geschaffen wurden bzw. nach Kriterien des Erneuerbare-Energien-Gesetz Maximal 75% aus anderen regenerativen Energiequellen entstammen wie Wasserkraftwerken, die bereits länger in Betrieb sind keine konkreten Auflagen zu Neuanlagen
zertifizierte Anbieter (Auswahl): e.on, RWE, EWE, NaturWatt, HEAG, GGEW, HEW, Lichtblick, Mainova