Blockheizkraftwerke (BHKW)

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1 Blockheizkraftwerke (BHKW) Grundlagen, technische Einführung und Wirtschaftlichkeit Einsatzbereiche und umgesetzte Beispiele Veranstaltung der Klimaakademie Unternehmen Effizient heizen mit oder ohne Stromproduktion am in Bremen Dipl. Ing. Heinz Eggersglüß, UTEC GmbH Titel

2 Kraft Wärme Kopplung gemeinsame Strom- und Wärmeerzeugung in einer technischen Anlage Mögliche Anlagentechniken Dampfturbine Gasturbine, eventuell in Verbindung mit Dampfturbine (GUD) Motor Blockheizkraftwerk (BHKW) Microgasturbine Brennstoffzelle BHKW: Die Heizung, die auch Strom produziert. BHKW: Der Stromerzeuger, der auch einen Beitrag zur Heizung liefert. KWK

3 BHKW: Die Heizung, die auch Strom produziert. BHKW: Der Stromerzeuger, der auch einen Beitrag zur Heizung liefert. BHKW Prinzip Wirkungsgrade: Elektrisch % Thermisch % Gesamt % Abgebbare Temperatur in der Regel max C Dampfproduktion nur aus Abgas Quelle: ASUE

4 BHKW Module (Beispiele) Beispiel 1: Kraftwerk Mephisto G20+ elektrische Leistung 20 kw el. Wirkungsgrad 31,5 % Wärmeleistung kw Investition gesamt ca Maße L x B x H 1,45 x 1,0 x 1,0 m Beispiel 2: Sokratherm GG 50 elektrische Leistung 50 kw elektrischer Wirkungsgrad 34 % Wärmeleistung 82 kw Investition gesamt ca Maße L x B x H 2,4 x 0,9 x 1,80 m Beispiel 3: 2 G KWK 400 EG elektrische Leistung 400 kw elektrischer Wirkungsgrad 38,8 % Wärmeleistung 504 kw Investition gesamt ca Maße L x B x H 4,30 x 1,50 x 2,32 m Module

5 BHKW-Wärmenutzung Heiz- und Warmwasserwärme Prozesswärme < 80 C Wärme für Kälteerzeugung in Absorptionskälteanlagen BHKW-/Heizungssystem Ein BHKW übernimmt nie die alleinige Wärmeversorgung, sondern läuft immer in Verbindung mit einem Spitzenkessel. BHKW übernimmt die Grundlast, Heizkessel übernimmt die Spitzenlast Ein BHKW kann allein oder in Verbindung mit einer Heizungserneuerung eingebaut werden. Spitzenlast Grundlast

6 Heizungseinbindung BHKW-Anforderungen Rücklauftemperatur < C Mindestlaufzeiten pro Start Rücklauftemperatur Vermeidung von hohen Rücklauftemperaturen Kurzschlüsse im Heizungssystem beseitigen Mindestlaufzeit Pufferspeicher zur Gewährleistung von 0,5 1,5 h Laufzeit (z.b. bei 50 kw BHKW ca. 3 m³) Regelungstechnik BHKW läuft immer in 1. Priorität Kessel aus wenn BHKW steht und noch geladen Wenn die BHKW-Anforderungen nicht erfüllt sind, erreicht das BHKW nicht die erforderlichen Laufzeit und ist unwirtschaftlich!!! Quelle: ASUE Heizungseinbindung

7 Stromeinbindung BHKW-Modul beinhaltet alle Sicherheitssysteme, die ein Netzparallelbetrieb erfordert. Auflagen des Netzbetreibers müssen erfüllt werden (hängen ab von der Spannungsebene des Netzverknüpfungspunktes des Betreibers, Nieder oder Mittelspannung) Notstrombetrieb grundsätzlich möglich Anschlusspunkt an geeigneter Stelle im Hausnetz (Netz muss am Anschlusspunkt die Leistung aufnehmen können) am Stromhausanschluss Stromzähler 1 Zähler zur Erfassung der BHKW-Stromproduktion 1 Zähler zur Erfassung der Stromeinspeisemenge (Zähler am Hausanschlusspunkt) Wichtig: Stromeinbindung, Zähler frühzeitig mit dem Netzbetreiber abstimmen!! Quelle: UTEC Stromeinbindung

8 Genehmigungsverfahren BHKW bis ca. 350 kwel fordern keine Genehmigung nach Baurecht oder BImSchG! Folgendes ist erforderlich: * Anmeldung/Abnahme beim Schornsteinfeger * Anmeldung/Abnahme Stromnetzbetreiber (in Bremen: wesernetz) * Anmeldung bei der BAFA (zur Erlangung des KWK-Bonus, BHKW-Förderung) * Anmeldung beim Hauptzollamt (zur Erlangung der Gassteuererstattung) Genehmigung

9 Weitere Aspekte Wartungsvertrag Alle BHKW-Lieferanten bieten Vollwartungsverträge an. Der Betreiber braucht damit keine eigenes spezifisches Know-How. Schallschutz BHKW emittieren tieffrequenten Schall. Schallschutz muss beim Aufstellen eines BHKWs berücksichtigt werden. Primärenergiefaktor/Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) BHKWs liefern geringe Primärenergiefaktoren (üblicherweise < 0,7), was bei Neubauten oder Sanierungen interessant sein kann (KfW-Förderung) Das EEWärmeG ist erfüllt, wenn mindestens 50 % der Wärme eines Gebäudes über ein BHKW erzeugt wird. Ökologie BHKWs führen aufgrund des CO2-armen Brennstoffes Erdgas und der sehr guten Energieausnutzung zu hohen CO2 - Einsparungen Genehmigung

10 Gesetze KWK Gesetz (2016) Stromeinspeisevergütung Einspeisevergütung EEX, aktuell ca. 3,76 ct/kwh vermiedene Netznutzung, aktuell HB ca. 1,95 ct/kwh Direktvermarktung bei > 100 kwel Anmeldung beim und Auszahlung vom Netzbetreiber KWK-Bonus Höhe siehe Grafik Dauer der Zahlung: Stunden bei < 50 kw, h bei > 50 kw Anmeldung bei der BAFA, Auszahlung durch Netzbetreiber Mineralölsteuergesetz Rückvergütung der Mineralölsteuer (bei Erdgas 0,55 ct/kwh für 10 Jahre, danach 0,442 ct/kwh) Anmeldung beim Hauptzollamt Beantragung und Auszahlung jährlich rückwirkend Erneuerbare Energien Gesetz EEG Bezahlung von 40 % der EEG-Umlage auf den selbst genutzten Strom (2,752 ct/kwh) Förderung

11 Förderung MINI KWK Förderung BUND Förderung für BHKW < 20 kw Basisförderung für Standard BHKW Wärmeeffizienzbonus 25 % auf Basis (wenn Brennwertwärmetauscher) Stromeffizienzbonus 60 % auf Basis (wenn sehr guter el. Wirkungsgrad) Förderung nur in Bestandsgebäuden Höhe siehe Grafik Förderstelle: BAFA Bremer REN Programm (nur Gewerbe) Es gibt keine Pauschalförderung < 50 kw mehr Einzelfallförderung wegen beihilferechtlicher Probleme sehr unsicher Förderstelle: Umweltsenat Bremen (SUBVE) Förderung

12 Wesentliche Wirtschaftlichkeitsparameter BHKW-Laufzeit: Beispiel: 34 kwel Stromselbstnutzung 50 % Strompreis Selbst 15 ct/kwh Fazit: Es muss eine Laufzeit von mindestens h/a mit vollständiger Wärmenutzung erreicht werden, um eine akzeptable Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Potenziell gute BHKW-Standorte: Wohngebäude mit zentraler Warmwasserbereitung Krankenhäuser Schwimmbäder Gewerbebetriebe mit ganzjährigem Prozesswärmebedarf im Temperaturbereich < 80 C

13 Wesentliche Wirtschaftlichkeitsparameter Stromerlös: Mittlerer Stromerlös BHKW-Strom hängt von mehreren Faktoren ab: Beispielparameter < 50 kw Strompreis Selbstnutzung 15,00 ct/kwh Abgabe EEG-Umlage -2,75 ct/kwh Stromerlös Einspeisung 3,76 ct/kwh Stromerlös verm. Netznutzung 1,95 ct/kwh KWK Bonus Selbstnutzung 4,0 ct/kwh KWK Bonus Einspeisung 8,0 ct/kwh Beispiel BHKW BHKW-Laufzeit 34 kwel h/a Fazit: Es muss ein Stromselbstnutzungsanteil von mindestens 25 % erreicht werden, um eine akzeptable Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Einschränkung Stärkere Abhängigkeit bei größeren BHKWs, da KWK-Bonus auf Einspeisung geringer bzw. entfällt. Größere BHKWs erfordern einen höheren Selbstnutzungsanteil!!!!

14 Dimensionierung nach dem Wärmebedarf BHKWs werden wärmegeführt betrieben, d.h. Dimensionierung in der Regel nach dem Wärmebedarf BHKWs benötigen lange jährliche Laufzeiten um eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen, Mindestlaufzeit h/a Faustzahl: BHKW-Wärmeleistung = % der Gesamtwärmeleistung el. BHKW-Leistung = ca % der Gesamtwärmeleistung Beispiel: Wärmesystem mit Sommerwärmebedarf BHKW Laufzeit h/a Wärmesystem ohne Sommerwärmebedarf BHKW Laufzeit h/a Dimensionierung Wärme

15 Dimensionierung nach dem Strombedarf BHKW Erlöse stark abhängig von der Stromnutzung Beispiel: Stromselbstnutzungsanteil kleines Hallenbad Beispielparameter wie oben el. Lastgang 140 el. BHKW Selbst- KWK- mittlerer Leistung nutzung Bonus Strompreis kw % ct/kwh ct/kwh ,04 16, ,11 15, ,34 14, ,21 13, ,25 12,76 Leistung in KW Anmerkung: Zahlung KWK-Bonus < 50 kw: h Zahlung KWK-Bonus > 50 kw: h 0:15 1:45 3:15 4:45 6:15 7:45 9:15 10:45 12:15 13:45 15:15 16:45 18:15 19:45 21:15 22:45 Fazit: Es gehen viele Parameter/Abhängigkeiten ein, die eine BHKW- Projektierung immer berücksichtigen muss! Dimensionierung Strom

16 Beispiel 1: BHKW Autowerkstatt/Tankstelle/Waschanlage Energiebedarf Erdgas Strom kwh/a Hs kwh/a BHKW 2 Module, 1 x 22 kw, 1 x 16 kw Laufzeit h/a (2015) Stromproduktion kwh/a Stromselbstnutzung 74 % ( kwh/a) Investition Jahresüberschuss /a Stat. Amortisation 5,7 a CO2-Einsparung 63 t/a, 20 % Dimensionierung Strom

17 Beispiel 2: Käsewerk Energiebedarf Wärmebedarf Niedertemperatur kwh/a (NT-Wärme (Reinigung ganzjährig und Heizung) wird über Dampfkessel erzeugt) Strom 2,4 Mio kwh BHKW 1 x 50 kwel Laufzeit h/a (2015) Stromproduktion kwh/a Stromselbstnutzung 100 % Investition Jahresüberschuss /a Stat. Amortisation 2,8 a CO2-Einsparung 130 t/a Dimensionierung Strom

18 Beispiel 3: Jugendhilfeeinrichtung Energiebedarf Heizölbedarf Strom kwh/a kwh/a BHKW 1 x 20 kwel Laufzeit h/a (2015) Stromproduktion kwh/a Stromselbstnutzung 50 % Investition Jahresüberschuss /a Stat. Amortisation 5,3 a CO2-Einsparung 49 t/a, 30 %

19 Beispiel 4: Nahwärme für Schule und Wohnungsbau (Projekt ist derzeit in der Projektierung) Energiebedarf Wärmebedarf kwh/a BHKW 2 x 50 kwel Laufzeit h/a Stromproduktion kwh/a Stromselbstnutzung 2,5 % (nur Energiezentrale) Investition (nur BHKW, kein Wärmenetz) Jahresüberschuss /a Statische Amortisation 5,8 a Anmerkung: Projekt bietet einen geringen Primärenergiefaktor, was bei der Sanierung der Wohngebäude zu einer höheren KfW-Förderung führt und bei geplanten Anbauten der Schule das EEWärmeG erfüllt.

20 Zusammenfassung BHKWs sind sehr umweltfreundlich (hohe Energie- und CO2-Einsparung) BHKWs erfordern eine sorgfältige Planung bei der Dimensionierung und der Einbindung in das Heizsystem BHKWs brauchen lange jährliche Laufzeiten, d.h. einen Sommerwärmebedarf Faustzahl: el. BHKW-Leistung = % der maximalen Wärmeleistung BHKWs brauchen eine hohe Stromvergütung, d.h. i.d.r. einen hohen Stromselbstnutzungsanteil Zusammenfassung