Bremer Impulse: Bauen + Energie Lehrgang Modernisierungs-Baumeister

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Stephanie Acker
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1 Bremer Impulse: Bauen + Energie Teil 2: Blockheizkraftwerke Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Schwerpunkte Blockheizkraftwerke Grundlagen Kraft--Kopplung (KWK) Wie viel Energie lässt sich einsparen? Typische Einsatzbedingung Integration in ein Gebäude Abschließende Bewertung Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 2 1

(KWK) Wie viel Energie lässt sich einsparen?

2 Einführung Kraft--Kopplung Definition Kraft--Kopplung (KWK) Gleichzeitig Erzeugung von Kraft (meist: Strom) und (meist zum eizen) mit einer Maschine Die bei der Krafterzeugung (immer) abzuführende wird genutzt! (und nicht ungenutzt, z. B. mit einem Kühlturm, an die Umgebung abgegeben) Arten der KWK: Kraftwerke mit Fernwärme-Netzen Blockheizkraftwerke () zellen Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 3 Thermodynamische Grundlagen Teil 1 Wesentliche Eigenschaften von Energie: 1. Die Menge an Energie bleibt bei einer Umwandlung stets konstant (1. auptsatz der Thermodynamik; Prinzip der Energieerhaltung) Aufwand Brenner übertrager (50 C) Nutzen 2. Der Wert * der Energie nimmt bei einer Umwandlung stets ab (2. auptsatz der Thermodynamik) Ansatz: Energie = wertvolle Energie ** + wertlose Energie = Exergie + Anergie Aufwand Brenner WÜT übertrager (50 C) Nutzen * Wert im Sinne der Fähigkeit von Energie, Arbeit zu leisten! ** abhängig von der Umgebungstemperatur Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 4 2

mit einem Kühlturm, an die Umgebung abgegeben) Arten der KWK: Kraftwerke mit Fernwärme-Netzen Blockheizkraftwerke () zellen Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 3 Thermodynamische

3 Thermodynamische Grundlagen - Teil 2 Wert verschiedener Energieformen: 1. Mechanische, elektrische, kinetische, potentielle Energie = 100% Exergie 2. Die Exergie der hängt von deren Temperatur ab 'Wert' der = Exergie 100% 80% 60% 40% Anergie Exergie 20% Umgebungstemperatur 0 C 0% Temperatur der in C Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 5 Einordnung Kraft--Kopplung eizkessel Brenner WÜT (50 C) Nutzen () Motor (50 C) Strom Nutzen () Nutzen (Strom) Kraftwerk KWK-Kraftwerk Brenner Dampf - Prozess (10 C) Strom Nutzen () Brenner Dampf - Prozess (100 C) Strom Nutzen () Nutzen (Strom) Exergie Anergie Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 6 3

Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 5 Einordnung Kraft--Kopplung eizkessel Brenner WÜT (50 C) Nutzen () Motor (50 C) Strom Nutzen () Nutzen (Strom)

4 Aufbau und Einbindung eines Strom- Anschluss Abgas übertrager Abgas Vorlauf Generator Motor Rücklauf eizkreis-verteiler Gas aus Netz Pufferspeicher (vermeidet häufiges Takten) Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 7 Spitzenlast-Kessel Ausführungsbeispiele Klein- für EF (~5 kw el ; ~12 kw therm ) Kompakt-Modul Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 8 4

der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 7 Spitzenlast-Kessel Ausführungsbeispiele Klein- für

5 Energetische Kennwerte von s (Bewertung 1. Teil) Wirkungsgrad eines : Nutzen P + el el η = = = + = ηel + Aufwand Br Br Br P η th Stromanteil eines : γ Pel = P + el Stromfaktor eines : σ P = el Alle Kennwerte sollten bei einem möglichst hoch sein! Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 9 Wirkungsgrade von marktverfügbaren Gas- s 100% η = η el + η therm y = -0,0032Ln(x) + 0,88 80% Wirkungsgrad 60% 40% η therm η el y = -0,0288Ln(x) + 0, % y = 0,0256Ln(x) + 0,2138 0% Elektrische Leistung in kw Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 10 5

el Alle Kennwerte sollten bei einem möglichst hoch sein!

6 Stromanteil von marktverfügbaren Gas- s 1,0 0,8 γ = Pel P + el Stromanteil γ 0,6 0,4 y = 0,0311Ln(x) + 0,2407 typischer Bereich 0,3-0,5 0,2 0, Elektrische Leistung in kw Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 11 Energetischer Vergleich von s (Bewertung 2. Teil) Ein Vergleich eines mit anderen Energieerzeugern muss besonders sorgfältig durchgeführt werden, da s Energiearten mit stark unterschiedlicher Qualität liefern (Strom und ) thermodynamisch eher schwieriger zu bewerten sind (2. auptsatz) und bilanztechnisch nicht eindeutig sind. Randbedingungen eines fairen Vergleichs: 1. Gleiche Produkte Strom- und menge 2. Gleiche Edukte 3. Gleiche Randbedingungen technischer Stand, Investor, Förderung, Umweltanspruch, Platzbedarf, Randbedingungen Referenz Strom Strom Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 12 6

Teil) Ein Vergleich eines mit anderen Energieerzeugern muss besonders sorgfältig durchgeführt werden, da s Energiearten mit stark unterschiedlicher Qualität liefern (Strom und ) thermodynamisch eher

7 Berechnung der Energieeinsparung Wirkungsgrad einer getrennten Erzeugung von Strom und (Referenzanlage): η Ref. = Nutzen Aufwand P = el Br, el + + Br, = 1 γ (1 γ ) + η η el Energieeinsparung eines gegenüber der Referenzanlage: E R η = 1 Ref. η η el : Wirkungsgrad des Kraftwerks, η : Wirkungsgrad des Kessels, γ : Stromanteil Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 13 Energieeinsparung (allgemein: KWK) Einfluss des gewählten Vergleichsprozesses auf die Einsparung Energieeinsparung 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% nur Kraftw erk: Mix Bestand KW+Kessel: Mix Bestand KW+Kessel: Gas neu nur Kessel: Mix Bestand EnEV- Bewertung sinnvolle Bewertung 0% 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Strom-Anteil des γ Wirkungsgrade: Kraftwerk: Mix-Bestand: 33%, Gas neu: 58%; Kessel: Mix-Bestand: 88%, Gas neu: 108; : 88% Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 14 7

η η el : Wirkungsgrad des Kraftwerks, η : Wirkungsgrad des Kessels, γ : Stromanteil Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 13 Energieeinsparung (allgemein: KWK) Einfluss des gewählten

8 Wirtschaftliche Aspekte - Teil 1 s sind im Vergleich zur konventionellen eizung sehr teurer: -Modul Installation, eventuell netz Wartungskosten Aufstellungsraum spez. Kosten in kw el werden subventioniert: Elektrische Leistung des in kw el Förderung (Zuschüsse) durch Bund/Land/Energie-Versorgungsunternehmen Günstiger Absatz des Strom an EVU s Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 15 Wirtschaftliche Aspekte Teil 2 s sind normalerweise nur wirtschaftlich, wenn sie nur betrieben werden, wenn die auch genutzt werden kann ( geführter Betrieb ) und der erzeugte Strom möglichst selber genutzt werden kann (da meist die Stromkosten für Netzbezug höher sind als die Einspeisevergütung) und der verkaufte Strom subventioniert wird (Einspeisevergütung) und sich lange Betriebszeiten realisieren lassen (Betrieb als Grundlast-erzeuger, Spitzenlastkessel erforderlich!) und wenn ein geeigneter Aufstellungsraum vorhanden ist und kein Nahwärmenetz erforderlich wird und wenn die preise gering sind. Unter den oben genannten Bedingungen ergibt sich eine Rendite von ca %, die häufig nicht für eine positive Investitionsentscheidung ausreicht! Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 16 8

Absatz des Strom an EVU s Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 15 Wirtschaftliche Aspekte Teil 2 s sind normalerweise nur wirtschaftlich, wenn sie nur betrieben werden, wenn die auch

9 Typische Auslegung eines eizleistung in % vom Spitzenlastkessel von eizleistung des Leistungsanteil : 20 40% Volllastbetrieb anteil : (hier: ~ 6500 h/a) Q 40 70% Q Stunden Für die Wirtschaftlichkeit eines ist der Sommer entscheidend! steht in Konkurrenz zur Solaranlage!! Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 17 Zusammenfassung Mit lassen sich bis zu 40 % Energie einsparen Energetische Vergleiche mit anderen Techniken sind sorgfältig zu bewerten Die hohen Investitionskosten werden größtenteils durch geringere Energiekosten kompensiert s werden bei steigenden Energiekosten eher unwirtschaftlicher! Es sollte gut geprüft werden, ob die hohen Investitionskosten nicht sinnvoller in die Vermeidung von Energiebedarf verwenden lassen Je besser Gebäude gedämmt sind, desto geringer ist die Energieeinsparung durch ein Für sehr gut gedämmte Gebäude sind nicht mehr interessant, da sich nur noch geringe Betriebszeiten ergeben Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 18 9

! Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 17 Zusammenfassung Mit lassen sich bis zu 40 % Energie einsparen Energetische Vergleiche mit anderen Techniken sind sorgfältig zu bewerten Die

10 Nützliche Internet-Adressen und Buchtipps - Portal zur Energieforschung: Thema Kraft--Kopplung Kenndaten und Wissenswertes - Wissenskatalog Energie: Blockheizkraftwerke - Portal zu Blockheizkraftwerken mit Forum und Newsletter - -Forum für Betreiber und Interessenten - Geräteliste des Bundesverbands KWK e.v. 1. Wolfgang Suttor, Armin Müller: Das Mini-Blockheizkraftwerk. Eine eizung, die kostenlos Strom erzeugt, 2. Auflage,C.F.Müller 2. Wolfgang Suttor: Blockheizkraftwerke. Ein Leitfaden für den Anwender, 6. aktualisierte Auflage 2005, ISBN Steinborn, Friedhelm: -Plan-andbuch: wirtschaftliche Auslegung und Planung von Blockheizkraftwerken, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Baden-Württemberg - 6. Auflage Ein Projekt der Bremer Impulse: Bauen + Energie Folie 19 10

de - Geräteliste des Bundesverbands KWK e.v. 1. Wolfgang Suttor, Armin Müller: Das Mini-Blockheizkraftwerk. Eine eizung, die kostenlos Strom erzeugt, 2. Auflage,C.F.Müller 2.

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