Vita. von Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert. Angaben zur Person. Joachim Seifert. Schulischer und beruicher Werdegang

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1 Vita von Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert (Privatdozent für Heizungs- und Raumlufttechnik) Angaben zur Person Name: Geburtstag/-ort: Nationalitõt: Familienstand: Joachim Seifert /Greiz (Vogtland) deutsch verheiratet, zwei Kinder Schulischer und beruicher Werdegang 09/ /1994 Friedrich-Schiller Gymnasium Zeulenroda 06/ /1995 Wehrdienst, Pionierbataillon 701 Gera 10/ /2000 Studium des Maschinenbaus mit dem Schwerpunkt Thermodynamik und TGA an der Technischen Universitõt Dresden 10/ /2000 Hilfswissenschaftler am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik sowie am Institut für Thermodynamik und TGA der TU Dresden 03/ /2001 Diplomarbeit an der TU Dresden 01/2001-jetzt Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Thermodynamik und TGA (Prof. Dr.-Ing. habil. W. Richter), Technische Universitõt Dresden 09/2003 Teilnahme am PhD-Kurs der Aalborg University, Department of Building Technology and Structural Engineering (Prof. Dr.-Ing. P. Heiselberg), Denmark 11/2003 und Forschungsaufenthalte an der University of Hong Kong 11-12/2005 Department of Mechanical Engineering (Prof. Dr.-Ing. Y. Li), Hong Kong China (SAR) 10/2005 Promotion zum Dr.-Ing. 11/2009 Habilitation zum Dr.-Ing. habil. seit 10/2010 Bereichsleiter Gebäudeenergietechnik am Lehrstuhl für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung

2 Dezentrale Energieerzeugung: Mikro-KWK Systeme vom stand-alone bis hin zum vernetzten Betrieb Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert Erfurt, den

3 Inhalt des Vortrages Inhalt des Vortrages: 1. Einleitung 2. Messtechnische Analysen 3. Numerische Analysen / Feldtest 4. Vernetzung 5. Fazit Folie 2

4 Inhalt des Vortrages Projekt: 1. Regionales Virtuelles Kraftwerk auf Basis der Mini- und Mikro-KWK-Technologie, intelligente Vernetzung von thermischen und elektrischen Verbrauchersystemen BMWi Forschungsvorhaben 03ET1042A 2. Simulation und automatisierungstechnische Optimierung eines virtuellen Kraftwerks auf Basis der KWK Technologie BMWi Forschungsvorhaben 03ET1042C Folie 3

5 Energieverbrauch der privaten Haushalte nach Energieträgeren in % Anteile der Wärmeerzeuger in % 1. Einleitung 1. Einleitung Steigerung der Energieproduktivität um 2,1% jährlich bis 2020 Stromanteil der erneuerbaren Energien von mindestens 35% bis 2020 Primärenergieeinsparung von 20% und Elektroenergie von 10% (Bezugswerte: 2008) bis 2020 CO 2 -Emissionenver. um 40% (Bezugswerte: 1990) Zwischenziel Erfüllung Kyoto-Protokoll Steinkohle Braunkohle ern. Energien übrige f. Brennst. Heizöl Gas Strom Fernwärme Jahr Energieverbrauch der privaten Haushalte Nach Energieträgeren Folie Biomasse Wärmepumpen Öl-NT Öl-BW Gas-NT (B) Gas-BW (B) Gas-BW (W) Thermen Jahr Marktentwicklung von Wärmeerzeugern in Deutschland BDH Prognose

6 1. Einleitung Stirling-Motoren Motorische BHKW Brennstoffzellen 10% < h el <15% 20% < h el < 30% 30% < h el 80% < h th <90% 60% < h th < 70% 25% < h th < 70% geringe Anzahl am Markt verfügbarer Geräte Brennstoffzellen für den Gebrauch in EFH- und MFH nicht einsetzbar (Flexibilität) Kostensituation stark unterschiedlich / Problem: Wirtschaftlichkeit?? Messtechnische / numerische Untersuchungen zwingend notwendig Folie 5

7 2. Messtechnische Analyse 2. Messtechnische Analyse mircrobhkw L 4.12 ecopower 1.0 Vitotwin WhisperGen Motorische Blockheizkraftwerke Kombigeräte (Stirling) Messtechnische statische / dynamische Analyse am Beispiel des L-BHKWs der Firma Kirsch (L-BHKW luftgekühltes Motorenkonzept) Folie 6

8 2. Messtechnische Analyse Thermische Bilanz: Q Q 1 Q 2 Brutto- und Nettowirkungsgrade: h N P m el B Q H i h B P el P H Q Q m H B i AG Q V Prinzipieller Aufbau eines motorischen BHKW I in ma P in W Gasventil 80 18,4 Hauptschütz 25 5,75 Kondensatorschütz 90 20,7 Schaltschrank ,05 Lambda - Regelung ,15 Gesamt ,05 Hilfsenergieaufwand eines Mikro-BHKW Folie 7

9 Gesamtwirkungsgrad (h ges,i,n ) in % 2. Messtechnische Analyse - Analysen bei verschiedenen Rücklauftemperaturen und elektrischen Leistungen =25 C =30 C =35 C =40 C =45 C Volumenstrom in l/h Gesamtwirkungsgrad in Abhängigkeit des Volumenstromes sowie der Rücklauftemperatur, Einstellwert P el =2 kw [Quelle: Seifert, J.; Meinzenbach, A.; et al.: VNG Bericht, 2011] Folie 8

10 Elektrischer Wirkungsgrad (h el,i,n ) in % Elektrischer Wirkungsgrad (h el,i,n ) in % 2. Messtechnische Analyse =25 C =30 C =35 C =40 C =45 C Elektrischer Wirkungsgrad in Abhängigkeit des Volumenstromes sowie der Rücklauftemperatur, Einstellwert P el =2 kw [Quelle: Seifert, J.; Meinzenbach, A.; et al.: VNG Bericht, 2011] Volumenstrom in l/h 30 =25 C Elektrischer Wirkungsgrad in Abhängigkeit des Volumenstromes sowie der Rücklauftemperatur, Einstellwert P el =4 kw [Quelle: Seifert, J.; Meinzenbach, A.; et al.: VNG Bericht, 2011] Folie Volumenstrom in l/h =30 C =35 C =40 C =45 C

11 Leistung in W Temperatur in C Volumenstrom in l/h 2. Messtechnische Analyse - Analysen bei konstanten Rücklauftemperaturen und Volumenstrom nach Gerät Vor-, Rücklauftemperatur und Volumenstrom während der Startphase (P el =2kW) [Quelle: Seifert, J.; Meinzenbach, A.; et al.: VNG Bericht, 2011] Vorlauftemperatur Rücklauftemperatur 60 Volumenstrom Zeit in s elektrische Leistung (P el ) thermische Leistung (Q th,n ) Elektrische und thermische Leistung während der Startphase (P el =2kW) [Quelle: Seifert, J.; Meinzenbach, A.; et al.: VNG Bericht, 2011] Zeit in s Folie aufgenomme Anfahrtsleistung

12 3. Numerische Analyse / Feldtest 3. Numerische Analyse / Feldtest statistisches Einfamilienhaus (mittlere deutsche Verhältnisse, A N =160m²) Gebäude: WSVO82 (10,5 kw th ) WSVO77 (13,6 kw th ) Heizsystem: freie Heizflächen Innere Randbedingungen: Äußere Randbedingungen: Elektrischer Lastgang: zeitabhängige Gewinne zeitabhängiger Luftwechsel Wetter TRY-04 (Potsdam) typischer 4P Haushalt Schematische Darstellung des statistischen Einfamilienhauses Folie 11

13 Einstellwert der elektrischen Leistung in kw Einstellwert der elektrischen Leistung in kw 3. Numerische Analyse / Feldtest Einstellwert: P el =f(t) Einstellwert: P el =f( a ) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Energetische Kennwerte: P e l In kw Q f in kwh Zeit in h W el,n in kwh/a Elektroenergie W ein in kwh/a W bez in kwh/a W ev in kwh/a 0, Q th in kwh Q h,s,hz in kwh Q h,s,twe in kwh P el =f(t) P el =f( a ) ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Außentemperatur in C Folie 12

14 3. Numerische Analyse / Feldtest Feldtestergebnisse: Erste ausgewählte Ergebnisse Leipzig BHKW Q in kwh W in kwh h th h el ,9 18,0 Dresden ,3 17, ,0 18,3 Chemnitz Betriebsdaten ausgewählter BHKW-Systeme differierende Nutzungsgewohnheiten unterschiedliches Wärmeschutzniveau / unterschiedliche Vorrausetzungen hinsichtlich der Anlagentechnik Wesentliches Hemmnis für den Betrieb eines Regionalen Virtuellen Kraftwerks stellt das Fehlen einer einheitlichen, sicheren Schnittstelle für die Datenkommunikation dar Folie 13

15 4. Vernetzung 4. Vernetzung - derzeit keine umfängliche Vernetzung zwischen den Erzeugern unterschiedlicher Gebäude - geringe Restriktionen seitens des elektrischen Netzes (Niederspannungsebene) Folie 14

16 4. Vernetzung - zukünftig umfängliche Vernetzung zwischen den Erzeugern im Gebäude --- neuer Marktteilnehmer (RVK Betreiber) - größere Restriktionen seitens des elektrischen Netzes (Niederspannungseben) z.b. Frequenzhaltung / Spannungshaltung, Anforderungen an den cos f der Geräte Folie 15

17 4. Vernetzung Zentrale Steuerung / Cluster: Verteilte Erzeuger kommunizieren mit einem zentralen Energiemanagementsystem, Client- Server-Modell Aggregierte Steuerung, Bündelung von mehreren Anlagen, z.b. Niederspannungsnetz - Netzknoten wesentliche Bearbeitung durch den Kooperationspartner TU Freiberg Folie 16

18 5. Fazit 5. Fazit Weitestgehend ausgereifte Anlagentechnik in Hinblick auf motorische BHKW und Kombigeräte auf Basis der Stirling - Technologie detaillierte Modelle zu motorischen BHKWs sowie Stirling-Geräten werden derzeit an der TU Dresden erstellt. -> Möglichkeit der Betriebsoptimierung (Speichermanagementsysteme) Modell und praktische Umsetzung eines Regionalen Virtuellen Kraftwerks (mitteldeutscher Raum) in den Jahren Notwendigkeit eine einheitliche Schnittstelle für die Kommunikation zu einem EMS, welche - aktuelle Leistung (elektrisch / thermisch) - Speicherpotentiale übermitteln kann, sowie eine Fernsteuerung der Geräte zulässt. Erfurt, den Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert Folie 17

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Folie 18