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Simulationsbasierte Wirtschaftlichkeitsanalyse dezentraler Kraft-Wärme-Kopplung

Zickgraf, Stefan

Abhandlungen aus dem Industrieseminar der Universität Mannheim, Vol. 52

(1998)

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Abstract

Die Energiewirtschaft sieht sich mit Änderungen des ordnungspolitischen Rahmens konfrontiert. Die Auflösung bisher festgefügter monopolistischer Strukturen führt zu einer verschärften Konkurrenzsituation. Energieversorger begegnen dem Wettbewerb mit neuen Strategien. Nahwärme durch Blockheizkraftwerke wird im Rahmen dezentraler Versorgungsstrategien an Bedeutung gewinnen. Blockheizkraftwerke stehen aufgrund der gekoppelten Produktion von Strom und Wärme im Schnittpunkt wesentlicher Problemfelder. Die ökonomische Beurteilung solcher Versorgungskonzepte muß vor dem Hintergrund eines komplexen Unternehmensumfeldes gesehen werden. Die falsche Bewertung maßgeblicher Rahmenbedingungen kann daher entgegen der ökologischen Vorteile der Nahwärme zu einer Fehlinvestition führen.

Kernpunkt der Studie ist die Analyse der Wirtschaftlichkeit dezentraler Kraft-Wärme-Kopplung mit Hilfe eines computergestützten Simulationsmodells. Das Modell stellt Entscheidungshilfen für Investitionen bereit. Die aktuelle Problematik fordert dabei neue Untersuchungsansätze. Der gewählte systemtheoretische Ansatz berücksichtigt in Erweiterung klassischer Methoden der Wirtschaftlichkeitsanalyse Wechselwirkungen innerhalb eines Versorgungssystems.

Die Untersuchung erfolgt anhand dreier praxisnaher Versorgungsvarianten. So wird die Versorgung eines Siedlungsgebietes, eines Verbrauchsschwerpunktes sowie deren Verbund betrachtet. Es kann gezeigt werden, daß sich die Chancen von Nahwärme in Wohngebieten bei Wettbewerb erheblich reduzieren und auf Versorgungsgebiete mit einer hohen Wärmedichte beschränkt bleiben. Weitere Potentiale für Nahwärme können jedoch durch den Verbund von Wohngebieten mit Verbrauchsschwerpunkten erschlossen werden

Table of Contents

Section Title Page Action Price
Inhaltsverzeichnis 7
Tabellenverzeichnis 10
Abbildungsverzeichnis 11
Abkürzungsverzeichnis 16
Α. Dezentrale KWK vor energiepolitischen Herausforderungen 17
I. Dezentrale KWK in der öffentlichen Energieversorgung 23
1. Einsatzfelder in der öffentlichen Nahwärmeversorgung 30
2. Nahwärme als Baustein örtlicher Energieversorgungskonzepte 32
3. Finanzierungs- und Organisationskonzepte 35
II. Nahwärme im Kontext von Energiepolitik und Energiewirtschaft 39
1. Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen 44
2. Hemmnisse der Nutzung von Nahwärmepotentialen 49
ΙII. Nahwärmesimulator als Planungs- und Analyseinstrument 52
1. Anspruch an einen computergestützten Nahwärmesimulator 56
2. Methodische Grundlagen des System-Dynamics-Ansatzes und der Modellbildung 58
B. Problemstellungen und Konstruktion des Nahwärmesimulators 63
I. Merkmale eines lokalen Nahwärmemarkts 64
1. Entscheidungsfaktoren für die Wahl eines Heizungssystems 69
2. Preisbildung auf dem lokalen Wärmemarkt 73
II. Technische Ausgestaltung einer Nahwärmeversorgung 75
1. Komponenten einer Nahwärmeversorgung 76
2. Die Kapazitätsplanung der Anlagekomponenten 80
3. Der Zubau von Wärmekapazitäten 90
ΙII. Methodische Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsanalyse 94
1. Wirtschaftliche Erfolgsgrößen der Nahwärmeversorgung 98
2. Ermittlung der Wärmegestehungskosten 99
3. Determinanten der Wirtschaftlichkeit 101
C. Die Programmgleichungen der Modellsektoren 107
I. Der Marktsektor 107
1. Die Nachfrage nach Wärme 109
2. Der anlegbare Wärmepreis 117
II. Der Kapazitätssektor 121
1. Auslegung der Anlagekomponenten 121
2. Kapazitätserweiterung 127
3. Der Produktionsbereich 134
ΙII. Das Finanz- und Rechnungswesen 138
1. Investitionsrechnung 138
2. Finanzmittelherkunft für Anlageinvestitionen 147
3. Kosten- und Leistungsrechnung 150
4. Kalkulation des Wärmepreises 163
5. Die Gewinn- und Verlustrechnung 170
6. Bilanzierung 171
D. Wirtschaftlichkeitsanalyse durch den Nahwärmesimulator 175
I. Validierung des Simulationsmodells 177
1. Test des Nahwärmesimulators anhand eines Referenzfalls 179
2. Vergleich des Modellverhaltens mit einem realen Anwendungsfall 186
II. Nahwärmeversorgung unter Ausschluß von Wettbewerb 189
1. Diskussion der Versorgungsvarianten 189
2. Der Einfluß exogener Rahmenbedingungen 196
3. Planung einer BHKW-Anlage 202
ΙII. Dezentrale Nahwärme im Wettbewerb 206
1. Auslegung der Motoranlage bei unsicherer Bedarfslage 212
2. Auswirkung exogener Rahmenbedingungen 215
IV. Formulierung von Maßnahmen zur Förderung von Nahwärme 222
1. Auswirkung einer Energie/CO2-Steuer 222
2. Subventionierung von Nahwärmeprojekten 226
E. Anhang 230
I. Modellgleichungen 230
II. Externe Datensätze 253
IIΙ. Vensim-Funktionen 255
Literaturverzeichnis 257
Sachwortregister 268