Veranstalter: Initiative Energiewende ER(H)langen

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1 Blockheizkraftwerke für für Wohngebäude Wohngebäude Blockheizkraftwerke Teil 1: Heinz Horbaschek, Dipl. Ing. (FH) BN Erlangen, Arbeitsgruppe Neue Energie AGNE Daniel Glaser, Dipl. Ing. BeEco GmbH Optimieren mit System Veranstalter: Initiative Energiewende ER(H)langen Homepage : Grundlagen und Technik Praxisbeispiele Erlangen Teil 2: Wirtschaftlichkeit

2 Bund Naturschutz in Bayern e. V. seit Jan seit 1998 Okt. Kreisgruppe Erlangen Arbeitsgruppe NEUE ENERGIE Im Internet: erlangen@bund-naturschutz.de

3 Was wir tun.. Arbeitsgruppe RR ive erraattive EEnneerrg eennee giie e eegg Ausgabe 2004 nn NEUE ENERGIE Öffentlichkeitsarbeit Informationsmaterial Vorträge (u.a. mit VHS) Infostände Vorführmodelle Arbeitsgruppe Bund Naturschutz in Bayern e.v. NEUE ENERGIE I zwei E manfred.rubruck@fen-net.de Tel.: Mitarbeit Energiewende ER(H)langen Konstruktive, kritische Begleitung von Projekten kommunale Planungen Bauvorhaben usw. Im Internet: erlangen@bund-naturschutz.de

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6 Gliederung Teil 1 Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung Erlanger Beispiele

7 Energieverbrauch Beispielhaushalt Beispielhaushalt in in kwh kwh Energieverbrauch Endenergie Heizung Primärenergie Warmwasser Licht Denn bei Erzeugung der edelsten Hausgeräte Energieform, der Elektrizität, wird sehr viel verschwendet! Verluste bei der Stromerzeugung in Großkraftwerken!!!

8 Heizwerk Kraftwerk Hausheizung Heizkraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung KWK (BHKW) ungenutzte Abwärme n e w! h c ur s r p Ve 37 % Elektrische Energie Eingestzte Energie g n du Eigenverbrauch

9 AlsoKraftwerk weg von der zentralen Stromerzeugung ungenutzte!!! Heizwerk Hausheizung Heizkraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung KWK (BHKW) Abwärme Eingestzte Energie Zusammen könnten alle zentralen Kraftwerke mit der weggeworfenen 37 % Abwärme ganz Elektrische Energie Deutschland heizen! Eigenverbrauch

10 Potential für ein BHKW: Handwerksbetriebe: Autolackierereien, Autowerkstätten, Waschanlagen, Metzgereien, Schreinereien, Gewerbehöfe, Großtankstellen etc. Hotels, Gaststätten, Campingplätze Industriebetriebe: Brauereien, Wäschereien, etc. Kirchen mit Gemeindezentren Verwaltungs-, Bürogebäude Landwirtschaftliche Betriebe, Mehrfamilienhäuser, Häusergruppen Jedes Haus mit Schwimmbad Wohngebiete mit Nahwärmesystemen Schulen, Kindertagesstätten, Freizeitanlagen: Schwimmbäder, Fitnesscenter, Tenniszentren, Sportanlagen Gärtnereien (mehrer Ernten) Krankenhäuser, Ärztehäuser (mit Notstrom), Wohnheime, Altenheime, Studentenwohnheime, Kurkliniken 19. September 2012 Folie 10

11 KWK- Anteil der Stromerzeugung in der EU 60% 50 % 40 % D 30 % 20 % 11%!0 % 0

12 Potential für kleine BHKW kleiner 50 kw (nach izes) r e h c i l t n e s e w Ein ag zur e und d r t n i e e!! w B! e i n g o i r t e k n u E d e R CO

13 Gliederung Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung Erlanger Beispiele

14 Anlageneffizienz und Energieeinsparung, Beispiel für 10 kwh (1 m3 Gas) 3,7 kwh Strom minus Verteilungsverluste Zentrales Kraftwerk 6,3 kwh Verluste 10 kwh Primärenergie Kleineres BHKW 3,0 kwh Strom 6,2 kwh Heizenergie 0,8 kwh Verluste, (3. Wärmetauscher)

15 Prin Prinzip kleines z Gen ipieller erat (BHKW) mit Hubkolbenmotor undblock-heiz-kraft-werk or e Vorteil: r e Emi rspart zeugt S s d t im K sionen amit h rom öhe raftw und V erk erlu re Abgase ste z.b. Öl oder Gas Strom für Einspeisung ins Netz und Eigenverbrauch Motor Pufferspeicher Wärmetauscher

16 BHKW Prinzip: Brennstoffe Motor/Generator Gasturbine/Generator Erdgas Brennstoffzelle Flüssiggas Biogas Pflanzenöl Bioethanol Strom BHKW KWK Heizöl Heizenergie Kohle Holz u.ä. Große KWK: Dampfturbine/Generator Gasturbine/Dampfturbine/Generator (GuD)

18 CO2 Emissionen bei der Stromerzeugung in g/kwhel g/kwhel BHKW Erdgas BHKW Heizöl Kraftwerkspark incl. Kernkraft Kraftwerk Erdgas Kraftwerk Steinkohle Kraftwerk Braunkohle

19 Emissionsvergleich CO2 g/kwh Gas Öl FW Hackschn. Pellets BHKW Gas WP CO2 Bei nachwachsenden Rohstoffen mittelfristig Kompensation von CO2 durch nachwachsende Pflanzen

20 Emissionsvergleich Staub mg/kwh , Staub -8 6 Gas Öl BHKW Raps FW Hackschn. Pellets BHKW Gas WP

21 Emissionsvergleich Stickoxyd NO2 mg/kwh Gas Öl BHKW Raps FW Hackschn. Pellets BHKW Gas WP NO2

22 Emissionsvergleich CHx mg/kwh 8 6 4? CHx Gas Öl FW Hackschn. Pellets BHKW WP

24 Alternativen für Heizungen ein Überblick Photovoltaik Wärmepumpe Relativ teuer, nur Neubauten, Auslegungsrisiken Keine Alternative zur Heizung Original Fa. Giese, modifiziert Gebäudedämmung Relativ teuer, aber ohnehin sinnvoll Brennstoffzelle Solaranlagen Pelletskessel, Hackschnitzel Mäßiger Wirkungsgrad, erste Serienprodukte Micro-BHKW Sinnvoll, ca. 20 % Heizungseinsparung, großer Pufferspeicher nötig Von Fa. Giese, modifiziert Oft schlechtes Verhältnis Strom- zu WärmeErzeugung Kostenrechnung? Installationspreise relativ teuer, Platzbedarf, Arbeitsaufwand Umweltbelastend, Holzimporte!

26 Vergleich verschiedener KWK Anlagentypen G u.d (Gas) ab ca. 20 MW - 60 % 0,16 Serie Stromkennzahl = η elektr / η thermisch, sollte möglichst hoch sein! bis 2

27 Zentrales BHKW KWK Erdgas Stromnetz 100 % 50 % 10 % 40 % GuD-HKW Erlangen: Geringe Emissionen 50% StromWirkungsgrad! große Einsparung von Emissionen gegenüber zentralen KW Feinstaub z.b Gutschrift 17mg/kWh

28 Foto Heinz Horbaschek

29 Erzeugung 2011 ca kwh Entspricht dem gesamten Stromverbrauch der Privathaushalte Erlangens Foto Heinz Horbaschek

30 Beispiel für mittlere KWK- Anlage, 150 kw el (Erlangen) Foto Hannes Allabauer

31 Dachs SEplus Leistung (Ein/Aus-Betrieb): 5,5 kw elektrisch (Erdgas, Brennwert) 12,5 kw thermisch Copyright erteilt am 27, 8, 2012 v. Firma Senertec

32 Dachs SEplus Leistung (Ein/Aus-Betrieb): 5,5 kw elektrisch (Erdgas, Brennwert) 12,5 kw thermisch Kleines Blockheizkraftwerk (BHKW) probagiert für Einfamilienhäuser, und Zweifamilienhäuser, besser jedoch für Mehrfamilienhäuser : Copyright erteilt am 27, 8, 2012 v. Firma Senertec

33 Mikro-BHKW WhisperGen 4- Zylinder Stirlingmotor plus Zusatzbrenner Nel bis 1 kw Nth min 5kW bis 14 kw Gerät mit Pufferspeicher Foto Heinz Horbaschek

34 Klein-BHKW Vaillant EcoPOWER Einsatzort Ein/zweifamilienhaus Heiz-Energiebedarf kwh/a BHKWSystem ecopower 1.0 Details 1.0 kw el mikrobhkw. Komplettsystem, Erdgas, konstante Leisung 2,5 kw th Bis 28,3 kwh mit Spitzenlastkessel Kein Neubau! Kleingewerbe, größeres Haus Leistung kwh/a ecopower 3,0 1,5 bis 3,0 kwel 4,7 bis 8,0 kwth Gerät ecopower Gewerbebe-trieb, Ab Kleinstes ecopower 1,5 bis 4,71,0 el Teilsaniertes, älteres 4,7 Mehrfamilienhau kwh/a 4,7 bis 12,5 Einfamilienhaus: s kwth Mini-BHKW Individuelle Konfiguration Betrieb mit allen Gasen thermisch max. 8 kw1- Zylinder Ottomotor Hotel, Bis zu 13,1 nötig, davon Ab % 1,0 kwecopower elektrisch (26%) kwh/a Kaskade kwel Gebäudevom BHKW!!! 2,5 kw thermisch komplex Bis zu 36,5 kwth Mit Spitzenlastheizgerät bis 28,3 kw

36 Die Laufzeit pro Jahr sollte mindestens 5500 Std. betragen benötigte thermische Leistung in kw Beispiel : nötige Spitzenleistung 43 kw Heizkessel Wärme vom BHKW Erzeugter Strom Jährliche Laufzeit in Std.

37 Die Laufzeit pro Jahr sollte mindestens 5500 Std. im Jahr betragen 2 Leistungsstufen erlauben dabei längere Laufzeiten und erhöhen Eigenstromanteil

38 Kleines Blockheizkraftwerk, Häusergruppe (BHKW oder Kraftwärmekopplung, KWK) Faustregel: thermische Leistung des BHKW % des max. Wärmebedarfs) Soll-Heizenergie BHKW: über 60 % des Jahresbedarfs 30% Strom Erdgas 62% Wärme Pufferspeicher Schichtladung Heizung Spitzenlast -kessel (Gas, Öl...)

39 Blockheizkraftwerk BHKW zur Hausheizung BHKW-Betrieb wärmegeführt Eigenverbrauch Netzeinspeisung Zusatzheizung (Spitzenlast) BHKW

40 Blockheizkraftwerk BHKW zur Hausheizung BHKW-Betrieb wärmegeführt Beispiel Einfamilienhaus, 1979, teilsaniert 150 qm: Max Wärmeleistung 9 kw, Jahresverbrauch ca kwh Leistung BHKW thermisch 30% : 2,7 kw!!! Neubau, KFW 2009, 70%...????? Eigenverbrauch Netzeinspeisung Zusatzheizung (Spitzenlast) BHKW

41 CO2 Bilanz Stromerzeugung KWK(BHKW) Kraftwerk, ungenutzte 220 g/kwh Elektrische Energie 600 g/kwh Strom 37 % Eingestzte Energie Abwärme

42 (CO2 = 200 g/kwh) Gesamtwärmebedarf 60% Gesamt CO2 Gutschrift CO2 CO2 Spitzenlastheizkessel 40 % BHKW Abwärme Gasheizung BHKW und Spitzenlastheizkessel 60/40% Einsparung!!!

45 Anwesen Rammig mit BHKW 7,5 kw elektr. / 15 kw thermisch Ersatz von bisher kwh/a ( qm) Zusätzlicher WW-Boiler Übergabestation für Radiatoren und Fußbodenheizung Übergabestation für Heizung und WW 60 C Alle Übergabestationen: BHKWHeizzentrale Einstellung der individuell benötigten Heizwassertemperatur dazu Frischwasserstation

46 Dreifache Wärmeentnahme Kondensationswärmetauscher (Brennwert) Heizungsvorlauf Kondensat zum Kondensationswärmetauscher

47 Spitzenlast- GasBrennwertkessel BHKW- Anlage Rammig 7,5 kw elektrisch 15 kw thermisch Fotos Heinz Horbaschek

49 BHKW-Anlage Rammig,, Energator GB 7,5/15, Fa. Giese, Installation Fa. Dörflein Foto Heinz Horbaschek

50 Verbraucher- Übergabestation Frisc h aust w asser ausc her Kaltwasser Warmwasser Vom BHKW Zum BHKW Foto J. Rammig

51 Elektrische Einbindung des BHKW Hausanschluss Bei Betrieb des BHKW deckt dieses weitgehend den benötigten Strom der Verbraucher ab bidirektionaler Zähler Überschuss wird eingespeist Unterdeckung wird bezogen BHKW Strom-Verbrauchseinheiten Wärme

52 Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung weitere Erlanger Beispiele

53 Neumühle BHKW

54 Neumühle Netz: m Isopex Rohr 3 Heizkreise 43 Reihenhäuser und Doppelhäuser 5 Objekte Geschosswohnungsbau Ein Nahversorgungszentrum Ein Ärztehaus Ein Freibad Investitionen tragen ESTW Foto Heinz Horbaschek

55 Neumühle Wärmeleistung Turbinen: 2 x 126 kw = Spitzenkessel: Gesamt: 252 kw 730 kw 982 kw Elektr. Leistung 2 x 65 kw = 130 kw Fotos Hannes Allabauer

57 Argumente BHKW (optimiert für die jeweilige Anwendung) Gas ist der ideale fossile Energieträger Das BHKW ermöglicht höchste Energieeffizienz Das Gas- BHKW ist ökologisch positiv Großer Beitrag zur Energiewende und CO2 Minderung Hohe Grundlast für Strom und Wärme optimal Vernetzungskonzepte sind möglich aber: Exakte Dimensionierung notwendig!??? Bei kleinen Wohneinheiten oder Neubauten Leistung und Kosten? (ENEV 2009 KFW 70 : Verbrauch nur ca. 50 kwh/m 2 a )

58 Argumente BHKW (optimiert für die jeweilige Anwendung) Gas ist der ideale fossile Energieträger Das BHKW ermöglicht höchste Energieeffizienz Das Gas- BHKW ist ökologisch positiv Großer Beitrag zur Energiewende und Grundsätzlich ein Hohe Grundlast wichtiger Baustein für Strom und Wärme optimal für die Vernetzungskonzepte sind möglich Energiewende!!! CO2 Minderung aber: Exakte Dimensionierung notwendig!??? Bei kleinen Wohneinheiten oder Neubauten Leistung und Kosten? (ENEV 2009 KFW 70 : Verbrauch nur ca. 50 kwh/m 2 a )

59 Finanzielle Bilanz BHKW Einnahmen: Einspeisevergütung: 5,5 Cent pro kwh Verkaufter Strom: 21,3 Cent/kWh Zuschlag auf den gesamten erzeugten Strom: 5,11 Cent/kWh Mineralölsteuererstattung 0,55 Cent/kWh (5,5 Cent/m 3) Zuschlag nach KWK-Gesetz und vermiedenen Netznutzungsentgelten ca. 0,4 1,5 Cent/ eingespeiste kwh KfW- Darlehen bzw. Zuschuss Mehrwertsteuererstattung (Anschaffung, Brennstoff) Ausgaben: Investitionskosten Anlage incl. Verteilung (Kleine Anlagen im Verhältniss teuerer) Wartung

60 Finanzielle Bilanz BHKW Einnahmen: Also prinzipiell: Einspeisevergütung: 5,5 Cent pro kwh Verkaufter Strom: 21,3 Cent/kWh Möglichst mehrere Zuschlag auf den gesamten erzeugten Strom: 5,11 Cent/kWh Wohneinheiten, Mineralölsteuererstattung 0,55 Cent/kWh (5,5 Cent/m ) Zuschlagmöglichst nach KWK-Gesetzhohen, und vermiedenen Netznutzungsentgelten ca. 0,4 1,5 Cent/ eingespeiste kwh konstanten KfW- Darlehen bzw. Zuschuss Eigenstromverbrauch und Mehrwertsteuererstattung (Anschaffung, Brennstoff) lange Laufzeiten mit Ausgaben: möglichst gleichmäßiger Investitionskosten Anlage incl. Verteilung (Kleine Anlagen im Verhältniss teuerer) Wärmeabgabe! 3 Wartung

61 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!