Lösungsvorschläge Lern- und Ausbildungssituation: Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW)

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Hinrich Heintze
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1. Im Gruppenpuzzle sind Antworten zu Themen und Inhalten von Mini-Blockheizkraftwerken zu erarbeiten (siehe Arbeitsauftrag für die Expertengruppen).

2 1. Im Gruppenpuzzle sind Antworten zu Themen und Inhalten von Mini-Blockheizkraftwerken zu erarbeiten (siehe Arbeitsauftrag für die Expertengruppen). Expertengruppe A: BHKW Stichworte: Kraft-Wärme-Kopplung als effizienter Weg der Nutzung von Brennstoffenergie Nutzungsgrade der Wärme- und Stromerzeugung Quelle: s. Infoblatt, S. 10 Nutzungsgrad: 87%; Wärme: 55%; Strom: 35%; Erzeugungsverluste: 10%; Leitungsverluste: 3%. Erhebliche Schadstoffverringerung entlastet die Natur Ca. 40% Primärenergieeinsparung im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Wärme und Strom, geringerer Schadstoffausstoß, Verringerung der CO 2 -Emissionen um bis zu 60% bei Erdgas BHKW s. Grundprinzip der BHKWs Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme, die vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben wird bzw. Nutzwärme in ein Nahwärmenetz einspeist. Die Anlage arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Bestandteile der BHKW's Ein BHKW besteht im Wesentlichen aus einem Verbrennungsmotor und einem Drehstromgenerator. Des Weiteren aus einem Wärmeübertrager, einer Abgasanlage und einem Regelgerät. Expertengruppe B: Bauarten Bauteile Stichworte: Unterscheidung von BHKW s Je nach Brennstoffart werden Heizöl-Dieselmotoren-BHKW und Erdgas-Ottomotoren- BHKW unterschieden. Vergleich der Lebensdauer zwischen einem BHKW und einem PKW Begründung für hohe Lebensdauer der BHKW s gegenüber PKW-Motoren: Siehe rechts. 2/6

Spannungsbereich von BHKW s: U = 230 400 V.

3 Spannungsbereich von BHKW s: U = V. Synchrongeneratoren, Asynchrongeneratoren Siehe rechts Expertengruppe C: Einteilung Beurteilung Stichworte: Klein- und Mini- BHKWs Klein-BHKW: P el < 30 kw; Mini-BHKW: P el < 10 kw. Werden zur Strom- und Wärmeerzeugung in Mehrfamilienhäusern und Hotels eingesetzt. BHKWs bestehen aus Modulen. Eine geordnete Jahresdauerlinie hilft bei der Auslegung. Die geordnete Jahresdauerlinie gibt Auskunft über den Wärmebedarf eines Gebäudes. Hierbei wird der stündliche (Norm)-Wärmebedarf in absteigender Reihenfolge dargestellt. Prinzipiell lässt sich in jeder Kurve ein Grundlastsockel erkennen, der abhängig vom Objekt (Wohnanlage kleiner, Hallenbad größer) ist. Das BHKW wird passend zur Größe dieses Grundlastsockels auf 10 % bis 25 % des maximalen Wärmebedarfes ausgelegt. Zwei Wirkungsgrade Thermisch: th = 60 % Elektrisch: el = 30 % 2. Durch Strukturlegung sind die Beziehungen und Abhängigkeiten der Themen und Inhalte von Mini-BHKW aufzuzeigen und zu diskutieren. Siehe Löser Strukturlegen auf der nächsten Seite. 3. Bearbeiten Sie abschließend folgende Aufgaben: 3.1 Überlegen Sie sich als Vorbereitung auf ein Beratungsgespräch mit dem Kunden Kriterien für den wirtschaftlichen Einsatz von BHKWs. Passend zum Wärme- und Strombedarf Mindestlaufzeit des BHKW s von 5000 h/a Angemessene Vergütung für den überschüssigen Strom Möglichst Winter- und Sommerbetrieb Strompreisentwicklung bzw. Vergütung bei Einspeisung Kopplung mit Wärmepumpe (Stromseitig) Preisentwicklung und Lebensdauer der BHKW-Motoren Subventionierungen 3/6

3.2 Ermitteln Sie die thermische Leistung eines Mini-BHKWs mit 5 kw elektrischer Leistung, wenn im Prospekt der thermische Wirkungsgrad mit 65 % und der elektrische Wirkungsgrad mit 25 % angegeben

4 3.2 Ermitteln Sie die thermische Leistung eines Mini-BHKWs mit 5 kw elektrischer Leistung, wenn im Prospekt der thermische Wirkungsgrad mit 65 % und der elektrische Wirkungsgrad mit 25 % angegeben sind. 5 kw 25 % 13 kw 65 % 20 kw 100% 3.3 Wie groß müsste ein Warmwasserspeicher sein, mit dem die gesamte thermische Leistung des Mini-BHKW s über eine Laufzeit des BHKW s von 4 Stunden gepuffert werden könnte (70/55 C)? zu Aufgabe 2 m = Q t / (c ) = W 4 h / (1,163 Wh/kg/K 15 K) = 2981 kg = 3 m³ 4/6

Verwendung der heißen Motorabgase / Motorkühlung zur Bereitstellung von Wärme. 2. Welche Bestandteile hat ein BHKW?

5 1. Erläutern Sie das Grundprinzip eines BHKWs! Umwandlung von mechanischer Energie (Gas- oder Dieselmotor) in elektrische Energie durch den Generator. Verwendung der heißen Motorabgase / Motorkühlung zur Bereitstellung von Wärme. 2. Welche Bestandteile hat ein BHKW? Abbildung 21: Grundprinzip eines BHKWs Quelle: s. Infoblatt, S Wie hoch sind die Nutzungsgrade bei der Strom- und Wärmeerzeugung? 4. Wie verhält es sich mit der Lebensdauer eines BHKWs im Vergleich zu einem PKW-Motor (Begründung)? 5/6

6 5. Was ist der Unterschied zwischen einem Synchron- und einem Asynchrongenerator? Wie hoch liegt der Gesamtwirkungsgrad eines BHKWs? 6. Wo von ist es abhängig, ob in Zukunft BHKWs verstärkt eingebaut werden? 7. Was ist unter Modulen von BHKW-Anlagen zu verstehen? 6/6

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