Richtpreisübersicht MHKW-Anlagen 2000 (Teil 1)

Leistungsbereich Erdgas: 5,5-6.100 kW_el Leistungsbereich Heizöl: 5-1.700 kW_el

0. Einleitung/Danksagung  

Stromproduktion in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine der kosteneffizientesten Maßnahmen für den Klimaschutz und kann einen hohen Anteil der erforderlichen CO2-Reduzierung erbringen. Durch die Liberalisierung der Strommärkte fällt der Preis für elektrische Energie. Dies wirkt sich negativ auf die umweltschonende Produktion von Strom in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) aus. Deshalb ist es wichtig bei der Projektierung von Anlagen für KWK auf belastbare Preise zurückgreifen zu können.

Das Energiereferat der Stadt Frankfurt am Main veröffentlicht seit 1994 eine europaweit ermittelte Richtpreisübersicht bundesweiter Anbieter für Motoren-Heizkraftwerke (MHKW).

In diesem Jahr kooperieren wir mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) in Stuttgart. Die Daten der diesjährigen Richtpreisübersicht werden in dessen Berechnungsprogramm BHKW-Plan übernommen. Hierdurch werden parallele Anfragen bei den Herstellern vermieden.

Bei der Richtpreisanfrage wurden auf Basis einer detaillierten Spezifikation nur Richtpreise für Erdgas- und Heizölanlagen angefragt, die bestimmte Abgasgrenzwerte einhalten (z.B.: Erdgasmotoren über 30 kW el: ½ TA-Luft). Dadurch schränkt sich das Spektrum der Motoren ein und die Anlagenkosten liegen aufgrund der Abgasnachbehandlung oder erforderlichen Drosselung der Motoren höher als die von Motoren, die auf der Grundlage der derzeitigen gesetzlichen Vorschriften ausgelegt sind.

An der aktuellen Richtpreisübersicht haben sich wieder eine große Anzahl von Firmen beteiligt. Insgesamt liegen der Auswertung für Erdgasmaschinen 178 Modul-Angebote von 28 Herstellern bzw. Packagern und der Auswertung für Heizöl-Maschinen 53 Modul-Angebote von 7 Anbietern zugrunde.

Manche Anbieter sind in der Lage Anlagen für den Einsatz von regenerativen Brennstoffen (z.B. Pflanzenöl, Biogas) zu liefern. Diese Anlagen werden deshalb interessant, da der eingespeiste Strom nach Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit bis zu 20 Pf/kWh vergütet wird.

Die Auswertung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, dennoch stellt sie unserer Meinung nach einen guten Querschnitt für die in Deutschland angebotenen MHKW-Anlagen dar.

In der Richtpreisübersicht finden sich neben Kostenfunktionen für die Motormodule auch die Preiskonditionen für Vollwartungsverträge (nur Erdgasmaschinen), zusätzliche Brennwertnutzung und Generalüberholung. Außerdem finden Sie einen Steckbrief mit technischen Informationen für jede uns angebotene Maschine sowie die Adressen der Hersteller, die sich an der Richtpreisübersicht beteiligt haben und denen wir an dieser Stelle herzlich danken möchten.

Für ergänzende Hinweise, Bemerkungen, weitere Angebote von neuen/nicht angeschriebenen Herstellern/Packagern wären wir sehr dankbar.

Sie erreichen uns unter folgender Adresse:

Energiereferat der Stadt Frankfurt
79A.2 Paul Fay
Galvanistraße 28
60486 Frankfurt
Tel: 069/ 212-39 199
Fax: 069/ 212-39 472
E-Mail: paul.fay@stadt-frankfurt.de  
Internet: http://www.energiereferat.stadt-frankfurt.de  

Richtpreiserhebung MHKW-Anlagen

1. Teil I: Erdgas-Motoren Vorgehensweise/Datengrundlage:  

Mit einer europaweiten Richtpreisanfrage an alle uns bekannten Anbieter von KWK-Anlagen wurden diese aufgefordert, Richtpreise für ihre Produktpalette abzugeben. Dabei wurden im Leistungsbereich über 30 kW elektrisch nur Gasmotoren angefragt, die Abgasgrenzwerte gemäß ½ TA-Luft erfüllen (250 mg/Nm³ NOx und 325 mg/Nm³ CO). Für den Leistungsbereich bis 30 kW elektrisch mussten die Werte des hessischen Förderprogramms (350 mg/Nm³ NOx und 650 pro Nm³ CO) angeboten werden.

Die Richtpreise sollten die im folgenden Schema dargestellten Positionen enthalten:

Tabelle 1-1: Spezifikation Richtpreisanfrage

Zusätzlich zur Spezifikation der Anlage wurden noch folgende Punkte angefragt:

Tabelle 1-2: Spezifikation Richtpreisanfrage

Insgesamt liegen der Auswertung Angebote von 178 MHKW-Modulen von 28 Anbietern zugrunde. Zusätzlich wurden erstmalig in dieser Richtpreisauswertung vier sogenannte Micro-Gasturbinen mit einer Leistung von 28 bis 100 kW elektrisch aufgenommen. Die angebotenen Maschinen sind mit den wichtigsten technischen Daten, sowie Schall und Emissionswerten im Anhang aufgelistet.

2. Auswertung Erdgas-Motoren  

2.1 Technisch  

2.1.1 Leistungsspektrum  

Das Leistungsspektrum der Erdgas MHKW, die der Auswertung zugrunde liegen, hat sich innerhalb der Jahre "nach oben" wie "nach unten" ausgedehnt. Das heißt nicht, dass es zu grundlegend neuen technischen Entwicklungen gekommen wäre, aber die Tatsache, dass mit der Richtpreisübersicht ein Leistungsspektrum von 5,5 - 6.100 kW elektrischer Leistung abgedeckt wird, zeigt, dass immer größere Leistungen standardisiert "von der Stange" angeboten werden. Die der Auswertung zugrunde liegenden MHKW teilen sich wie Abbildung 2–1 zeigt über das gesamte Leistungsspektrum auf:

Abbildung 2–1   : Leistungsklassen Erdgas-MHKW-Module

Der Anteil von "kleinen" Maschinen im Leistungsspektrum hat in diesem Jahr wieder zugenommen. Insbesondere fällt auf, dass doppelt so viele Anlagen unter 30 kW el als im vergangenen Jahr angeboten werden. Dies ist unter Umständen auf die Leistungsgrenzen des hessischen Förderprogramms zurückzuführen. Die größte Auswahl findet sich im Leistungsspektrum zwischen 100 und 500 kW. Ab dieser Größenordnung werden MHKW-Anlagen ökonomisch interessant. In Zukunft rechnen wir mit einer weiteren Konsolidierung der Modulpalette ("Konfektionsgrößen" für MHKW), sowie einer Orientierung hin zu größeren Leistungen durch die häufigere Verwendung von Einmodulanlagen. Durch die Verbesserung der Motorentechnik (thermische Regelbarkeit) und die optimale Abstimmung der Einzelkomponenten des Moduls ist die Verfügbarkeit der Anlagen besser geworden. Störungen treten in der Regel an der Peripherie auf (Heizkreis, Steuerung, Stromnetz). Dadurch ist eine Dimensionierung "n-1" nur noch in wenigen Fällen, z.B. bei MHKW als Netzersatzanlage erforderlich.

2.1.2 Wirkungsgrade  

Die technische Weiterentwicklung der Module zeigt sich auch im elektrischen Wirkungsgrad:

Abbildung 2–2: Gegenüberstellung elektrischer Wirkungsgrad vs. elektrische Leistung

In der folgenden Tabelle ist eine Übersicht der statistischen Auswertung der Wirkungsgrade über den gesamten Leistungsbereich dargestellt:

Tabelle 2-1: Wirkungsgrade Erdgas MHKW

Zunehmende Bedeutung bekommt auch bei MHKW die vollständige Ausnutzung des Brennstoffs durch Brennwertnutzung. Dies wird mit unterschiedlichen Konzepten erreicht. Die einfachste Lösung ist eine Vergrößerung des Abgaswärmetauschers. Einige Hersteller schalten einen zusätzlichen, manchmal zweistufigen Wärmetauscher nach, in dem zunächst der Heizungsrücklauf und dann z.B. eine Trinkwasservorwärmung integriert ist. Ein weiteres Modell ist die sogenannte "Hochtemperatur" (HT)- Brennwertnutzung mit einem Abgas-Wärmetransformator auf Basis eines Absorptionsprozesses. Diese hat den Vorteil garantierter Brennwertnutzung auf heizungsüblichen Temperaturniveau (90-100°C Output).

2.1.3 Mittlerer effektiver Druck  

In diesem Jahr werten wir eine weitere Kenngröße aus, die über die Belastung von Gasmotoren Auskunft gibt. Der Auswertung liegen die Angaben von 95 Anlagen zugrunde. Die Kenngröße "mittlerer effektiver Druck", setzt sich für einen 4-Takt-Motor aus folgenden Komponenten zusammen:

p_me = 1 200 . p /(V_h . n) [bar]

p_me = Mittlerer, effektiver Arbeitsdruck [bar]
P = Mechanische Arbeitsleistung [kW]
V_h = Hubvolumen des Motors [dm³]
n = Motordrehzahl [min^-1]

Manche Planer neigen dazu, diese Kenngröße als einzige für die Belastung und damit auch der Haltbarkeit des Motors heranzuziehen. Dem widerspricht, dass bei höheren Drehzahlen die Werte für den effektiven Arbeitsdruck sinken – und niedrige Drehzahlen sind wie auch das Verdichtungsverhältnis ein Indiz für geringere Belastung des Motors. Eine Aussage zur "Qualität" der Anlage ist mit diesen Größen auch nicht möglich. Hierzu kommt noch die gesamte Peripherie, sowie Steuerungs- und Regelungstechnik.

Wird ein Instandhaltungsvertrag nach 2.2.2 abgeschlossen, erübrigt sich ohnehin der Vergleich von diesen Kennwerten, da dann eine Laufzeit von 10-15 Jahren garantiert wird.

Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über den Verlauf des mittleren Drucks für den untersuchten Leistungsbereich.

Abbildung 2–3: Mittlerer effektiver Druck von MHKW-Motoren in Abhängigkeit zur elektrischen Leistung

2.1.4 Microturbinen  

In diesem Jahr erstmals berücksichtigt wurden sogenannte Micro-Gasturbinen mit elektrischen Leistungen von 28 bis 100 kW elektrisch. Diese Maschinen zeichnen sich durch einen einfachen wartungsarmen Aufbau, geringen Platzbedarf und günstige Investitionskosten aus. Die entstehende Abwärme wird auf Heizungstemperaturniveau ausgekoppelt. Nachteile sind der schlechtere Wirkungsgrad (62 bis 76% Gesamtwirkungsgrad) und die Tatsache, dass diese Maschinen optimal nur im Grundlastbetrieb eingesetzt werden können.

2.2 Wirtschaftlich

2.2.1 Kosten MHKW-Module

Die angebotenen Richtpreise wurden gemäß der verlangten Spezifikation bewertet. Bei denjenigen Anbietern, die auf Kostenpositionen "verzichtet" hatten wurde dort ein mit einer Kostenfunktion berechneter Preis eingesetzt. Bei Motoren, die mit Emissionswerten oberhalb der geforderten Grenzwerte angeboten wurden, wurden die Zusatzkosten für eine verbesserte Abgasreinigung abgeschätzt und auf den Preis aufgeschlagen.

Für Pos 5 (Fernüberwachung) wurden unterschiedliche Kosten erhoben, die nicht abhängig von der installierten Modulleistung sind. Da hierfür keine einheitliche Spezifikation vorliegt, wurde diese Position bei der Preisermittlung nicht berücksichtigt. Bei Anbietern, die Pos 5 bereits im Modulpreis anbieten, wurde eine Gutschrift in Höhe der mittleren Kosten für die Fernüberwachung berücksichtigt. In der folgenden Tabelle sind die statistisch ausgewerteten Preise für Pos 5 dargestellt:

Die folgende Tabelle gibt, berechnet auf Basis der Kostenfunktionen, einen Überblick der Kostenanteile der einzelnen Komponenten der Anlage an den Gesamtkosten:

Tabelle 2-2: Kostenaufteilung MHKW bis zu einer Größe von 2000 kW

Die Richtpreisauswertung zeigt in diesem Jahr im oberen Leistungsbereich wieder eine deutliche Preissenkungstendenz (bis 25%).

Generell sind die angebotenen Richtpreise als eine Preisindikation zu verstehen. Bei einer realen Ausschreibung können deutliche Kostenreduzierungen erwartet werden. Dies wird auch durch die "Punktewolke" belegt, die sich um die Kostenfunktion gruppiert, und die in diesem Jahr eine besonders große Streuung aufweist.

Abbildung 2–4: spezifische Preise Erdgas-MHKW-Anlagen 2000; gemäß der Spezifikation Pos 1-7 (ohne Pos 5)

  2.2.2 Instandhaltungsvertrag  

Von der Arbeitsgruppe Motoren des VDMA wurde eine Spezifikation und ein Vertragsmuster für Wartungs- und Instandhaltungsverträge für MHKW entwickelt. An diesem Arbeitskreis sind die MHKW-Hersteller, die im VDMA organisiert sind, beteiligt. Unserer Auswertung liegt die im Anhang dargestellte Spezifikation für den VDMA Instandhaltungsvertrag zugrunde. Dieser Instandhaltungsvertrag (auch Vollwartungsvertrag genannt) beinhaltet alle Wartungs-, Reparaturarbeiten, Ersatzteile, Betriebsstoffe (außer Brennstoff), die für die MHKW-Anlage benötigt werden. Eine sogenannte Generalüberholung ist, bedingt durch die Dauer des Vertrages von 10 Jahren, ebenfalls enthalten. Dieser Vertrag entspricht weitestgehend einer bezahlten Garantieleistung. Die Auswertung basiert auf 125 Angeboten in einem Leistungsbereich von 5 - 3000 kW elektrischer Leistung. Gegenüber dem Vorjahr ergibt sich keine Steigerung der Kosten, dafür aber eine Ausweitung der Kostenfunktion von 800 auf 3000 kW el.

Sinngemäß der Spezifikation für Motoren wurden auch für die angebotenen Microturbinen der Preis für einen Instandhaltungsvertrag angeboten. Die Auswertung zeigt, dass die Instandhaltungskosten für Microturbinen zum Teil deutlich unterhalb von vergleichbaren Motor-Modulen liegen. Prinzipiell müssten die Preise günstiger sein. Da es sich hierbei um eine neu am Markt verfügbare Technik handelt, bleibt abzuwarten wie sich die Preise in Zukunft entwickeln werden.

Generell sind Preise für Instandhaltungsverträge "verhandelbar" und damit abhängig von der Position des Käufers/Verkäufers, sowie der Anzahl von gleichen Anlagen, die z.B. ein Stadtwerk oder Contracting-Anbieter betreibt.

Abbildung 2–5: Preiskonditionen Instandhaltungsvertrag für Frankfurt am Main

2.2.3 Kosten Generalüberholung  

Der Instandhaltungsvertrag ist für einen Betreiber ohne eigenes qualifiziertes Personal die sicherste und bequemste Art eine KWK-Anlage zu betreiben. Die jährlichen Kosten sind überschaubar. Dennoch wird ein Betreiber mit ausreichend eigenem qualifizierten Personal (Stadtwerke, Krankenhaus) die Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten in der Regel kostengünstiger realisieren können. Lediglich die Generalüberholung, die je nach Auslegung und Belastung des Motors nach 25.000 - 65.000 Stunden notwendig wird, muss dann unter Umständen von der Lieferfirma durchgeführt werden.

Nach einer Generalüberholung ist eine weitere Laufzeit in gleicher Höhe zu erwarten. Bedenkt man, dass die Kosten einer Generalüberholung maximal ein Viertel der Gesamt-Modulkosten betragen, ist dies eine sehr wirtschaftliche Maßnahme.

Die Datenbasis für die Auswertung bilden 67 Richtpreisangebote zwischen 6 und 6.000 kW elektrischer Modulleistung.

Abbildung 2–6: Kosten für Generalüberholung bei MHKW-Anlagen

2.2.4 Kosten für Brennwertnutzung  

Den Kosten für die Brennwertnutzung steht eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrades gegenüber. Je nach Auslegung und Temperaturniveau der Heizungsanlage liegt diese Erhöhung zwischen 5 und 15%. Für die Kostendarstellung wurden 41 Angebote von MHKW-Anlagen zwischen 5,5 und 815 kW elektrischer Leistung ausgewertet:

Abbildung 2–7: Kosten für Brennwertnutzung bei MHKW-Anlagen

Mit Brennwertnutzung bei KWK-Anlagen kann maximale Energieeffizienz und optimale Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

Im günstigsten Fall bedeutet dies für eine Anlage mit 40 kWel, bei einer Wirkungsgradsteigerung von 15% und 6.000 Betriebsstunden pro Jahr Mehreinnahmen von 5.500 DM. Demgegenüber stehen Kosten zwischen 6.000 und 10.000 DM für den Brennwertwärmetauscher.

Eine neuere Entwicklung ist die "HT"-Brennwertnutzung, bei der es durch einen Absorptions/Wärmetransformationsprozess möglich wird Brennwertnutzung mit einer Temperaturauskopplung von über 90°C zu erreichen. Die Kosten hierfür wurden nicht erfasst. Sie liegen jedoch deutlich höher und sind erst bei Anlagen über 300 kW el, bei denen aufgrund des Temperaturniveaus im Heizkreis eine konventionelle Brennwertnutzung nicht möglich ist, wirtschaftlich.

Anbieter "HT"-Brennwertnutzung: BHF Verfahrenstechnik GmbH, Zwenkauer Straße 22, 04420 Kulkwitz, Tel: (034205) 8 41 28; Fax: (034205) 8 61 75; e-mail: BHF_Verfahrenstechnik_GmbH@T-Online.De  

2.3 Herstellerliste Erdgas-Motoren  

Angebote von folgenden Herstellern liegen der Richtpreisübersicht 2000 zugrunde:

*Anbieter von Anlagen mit Biogasbetrieb