Identifikation von Einsatzmöglichkeiten

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Silvia Haupt
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1 F 2943 Raphael Lechner, Nicholas O Connell, Markus Brautsch Identifikation von Einsatzmöglichkeiten und Potentialen der Zündstrahltechnologie zur Verbesserung der Anlageneffizienz und Wirtschaftlichkeit von BHKW-Anlagen mit experimenteller Überprüfung der Vorteile an einer Pilotanlage unter realen Bedingungen im Praxisbetrieb Fraunhofer IRB Verlag

2 F 2943 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlussberichtes einer vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung -BMVBS- im Rahmen der Forschungsinitiative»Zukunft Bau«geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder. Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt. Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur Verfügung gestellt wurde. by Fraunhofer IRB Verlag 2015 ISBN Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages. Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Telefax irb@irb.fraunhofer.de

Identifikation von Einsatzmöglichkeiten und Potentialen der Zündstrahltechnologie Abschlussbericht Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstituts für

3 Identifikation von Einsatzmöglichkeiten und Potentialen der Zündstrahltechnologie Abschlussbericht Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung gefördert Bearbeitungszeitraum: 12/ /2014 Aktenzeichen: SF Autoren: Raphael Lechner Nicholas O Connell Markus Brautsch Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt bei den Autoren Institut für Energietechnik IfE GmbH an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden Amberg, Januar 2015

4 Für die fachliche Unterstützung und angenehme Zusammenarbeit bedanken wir uns bei den Mitgliedern der projektbegleitenden Arbeitsgruppe Holger Burkhardt, Fa. Burkhardt GmbH, Dr. Klaus Thuneke, Technologie- und Förderzentrum Straubing, Andreas Weigel, Fa. KW Energie, Dr. Ulrich Möhl, Fa. LEA Lean Energy Services GmbH, Christoph Mentzel, Fa. LEA Lean Energy Services GmbH, Andreas Windisch, BBSR und bei der Fa. Burkhardt GmbH. Langfassung Titel: Identifikation von Einsatzmöglichkeiten und Potentialen der Zündstrahltechnologie zur Verbesserung der Anlageneffizienz und Wirtschaftlichkeit von BHKW-Anlagen mit experimenteller Überprüfung der Vorteile an einer Pilotanlage unter realen Bedingungen im Praxisbetrieb Institut für Energietechnik IfE GmbH an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden Kaiser-Wilhelm-Ring 23a Amberg Tel.: / Fax: / info@ifeam.de Amberg, Januar

5 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... 6 Tabellenverzeichnis... 9 Abkürzungsverzeichnis Formelzeichen und Indizes Einführung Technische Grundlagen Aufbau eines Blockheizkraftwerks Diesel-Verfahren Gas-Otto-Verfahren Zündstrahl-Verfahren Kraftstoffe für Zündstrahlmotoren Biogas Erdgas Biomethan Dieselkraftstoff / Heizöl EL Pflanzenöl / Pflanzenölmethylester Energetische Bewertung von Blockheizkraftwerken Energiekennzahlen Leistungsangaben nach DIN ISO Wichtige rechtliche Rahmenbedingungen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) Richtlinie 2012/27/EU (Energieeffizienzrichtlinie) Energiesteuergesetz (EnergieStG) Immissionsschutzrechtliche Regelungen Marktpotential für die Zündstrahl-Technologie Stromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung in Deutschland Abschätzung des Bestands an Blockheizkraftwerken in Deutschland

6 4.3 Gegenwärtiger Anteil der Zündstrahltechnologie am BHKW-Markt Abschätzung des ökologischen und ökonomischen Einsparpotentials Vergleich der Zündstrahltechnologie mit dem üblichen Stand der Technik Ökonomisches Potential der Zündstrahltechnologie Methodische Vorgehensweise Szenarien Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Erdgasbetrieb (100 % Stromeinspeisung) Erdgasbetrieb (100 % Stromeigennutzung) Biomethanbetrieb (100 % Stromeinspeisung) Ergebnisse der Szenarienrechnungen im Vergleich Ökologisches Potential der Zündstrahltechnologie Methodische Vorgehensweise Primärenergetische Betrachtung CO 2 -Bilanzierung Ergebnisse der ökologischen Betrachtung Primärenergieeinsparung CO 2 -Bilanz Fazit und Zusammenfassung der Potentialuntersuchung Verifizierung der Potentiale im Praxisbetrieb Beschreibung der Versuchsanlage Überblick über die verwendeten Messmethoden Wirkungsgrad- und Nutzungsgradbestimmung Emissionsmessung Motorindizierung Ergebnisse zur Wirkungsgradbestimmung Erzielbare Wirkungsgrade bei verschiedenen Betriebsmodi Einfluss von Alterungseffekten auf die Wirkungsgrade Nutzungsgradbestimmung Emissionsverhalten

7 9.4.1 Emissionsverhalten (Rohabgas) im Zündstrahl-Betrieb Vergleich der Emissionen bei verschiedenen Betriebsarten Emissionsminderung Verbrennungsanalyse Vergleich zwischen Flüssigkraftstoff- und Zündstrahlbetrieb Einfluss des Einspritzzeitpunkts Einfluss der Zündölmenge Evaluierung des Betriebsverhaltens Verifizierung der Wirtschaftlichkeits- und Effizienzvorteile Überprüfung der Wirtschaftlichkeit im Praxisbetrieb Vergleich der Praxis-Wirkungsgrade mit Gas-Otto-BHKW Zusammenfassung Quellenangaben Anhang 1: Wichtige Vergütungsregelungen für Strom aus Biomasse nach EEG 2009 und EEG Anhang 2: Zuschläge nach KWKG in Cent/kWh (Novelle 2012) Anhang 3: Festgelegte Exponenten zur Leistungsbestimmung nach DIN ISO Anhang 4: Jährl. abgesetzte BHKW in Deutschland nach Leistung Anhang 5: Jährl. abgesetzte BHKW in Deutschland nach Modulzahl Anhang 6: Kenndaten der untersuchten BHKW (Stand 2012) Anhang 7: Kenndaten der untersuchten BHKW (Stand 2014) Anhang 8: Datenblatt Burkhardt Blockheizkraftwerk ECO 240 Zündstrahl-Biomethan Anhang 9: Erdgasqualität während des Projektzeitraums [Ferngas2014] Anhang 10: Nutzungsgradbestimmung: Zeitraum 1, bis Anhang 11: Nutzungsgradbestimmung: Zeitraum 2, bis Anhang 12: Nutzungsgradbestimmung: Zeitraum 3, bis Anhang 13: Neu zugelassene KWK-Anlagen nach Anlagenleistung Anhang 14: Neu zugelassene KWK-Anlagen nach Modulzahl Anhang 15: Verwendete Messtechnik Anhang 16: Förderfähige Strommenge nach KWKG

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