Praxiserfahrungen mit Mini und Mikro BHKW

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1 echnische Universität München Praxiserfahrungen mit Mini und Mikro BHKW Dr.-Ing. Peter zscheutschler Dipl.-Ing. Josef Lipp

2 Einleitung? Heizöl- und Erdgaspreis $ Strompreis?

3 Hintergrund zur KWK Kraft-Wärme-Kopplung getrennte Erzeugung 100 kwh BHKW η th = 65 % η el = 25 % 10 kwh Verluste 65 kwh Wärme 25 kwh Strom 45586B06 Kessel η th = 90 % Kraftwerk η el = 40 % 72 kwh Σ 120 kwh 48 kwh 30 kwh Verluste Förderung gemäß Richtlinie 2004/8/EG nur für "hocheffiziente" Anlagen 3

4 Inhalt echnische Universität München Aktivitäten am Lehrstuhl Laborführung Markübersicht verfügbarer Geräte Erfahrungen mit Mini-BHKW-Systemen Erfahrungen mit Mikro-BHKW-Systemen Zusammenfassung und Ausblick

5 Aktivitäten des Lehrstuhls zu Mini- und Mikro-KWK Modellierung & Simulation Prüfstandsversuche Innovative KWK Systeme zur Hausenergieversorgung Feldtests Pilottest von Mini- und Mikro-KWK-Systemen Innovative Heat Storage Management for Micro-CHP Units Einsatz von Mini-KWK im Gewerbe Analysis of Micro-generation and Related echnologies in Buildings 5

6 Inhalt echnische Universität München Aktivitäten am Lehrstuhl Laborführung Markübersicht verfügbarer Geräte Erfahrungen mit Mini-BHKW-Systemen Erfahrungen mit Mikro-BHKW-Systemen Zusammenfassung und Ausblick

7 Geräteübersicht Mini- und Mikro-KWK Mini-BHKW (ca. 5 kw el und 13 kw th ) seit vielen Jahren auf dem Markt Marktführer: ecopower - Vaillant Dachs Senertec weitere Hersteller: z.b. AISIN, Kirsch Verbrennungsmotor Brennstoff: Erdgas, Öl Mikro-BHKW (ca. 1 kw el und 5 kw th ) Entwicklungs-/ estphase viele Hersteller, z.b. Remeha, Viessmann, Whispergen, Honda Stirlingmotor Verbrennungsmotor Brennstoff: Erdgas Quelle: Hersteller 7

8 Inhalt echnische Universität München Aktivitäten am Lehrstuhl Laborführung Markübersicht verfügbarer Geräte Erfahrungen mit Mini-BHKW-Systemen Erfahrungen mit Mikro-BHKW-Systemen Zusammenfassung und Ausblick

9 Mini-BHKW Feldversuch Allgemeines System: ecopower (Vaillant) Brennstoff: Erdgas Verbrennungsmotor - stufenlos modulierend - thermische Leistung: 4,0-12,5 kw - elektrische Leistung: 1,3 4,7 kw nebenstehender Spitzenlastkessel - thermische Leistung: kw Gewicht: 395 kg Abmessungen (in cm): 108 x 74 x 137 9

10 Standorte der Versuchsanlagen Ohlstadt Hohenwart Obing Pilsting Quelle: 10

11 Ergebnis nach 1.Jahr Gas BHKW Gas SLK Wärme BHKW Strom Verluste BHKW Wärme SLK Verluste SLK Energie in MWh ,5 1,0 30,4 28,8 0,4 20,2 0,3 19,1 7,5 7,1 5,7 5,4 16,6 11,9 10,6 8,8 20,5 21,7 22,1 21,4 86,7 88,7 96,3 85,7 54,3 56,3 57,6 55,5 0 Gas Nutzenergie & Verluste Gas Nutzenergie & Verluste Gas Nutzenergie & Verluste Gas Nutzenergie & Verluste Hohenwart Pilsting Obing Ohlstadt Quelle: Lipp 11

12 Modulation Hohenwart Pilsting Obing Ohlstadt Laufzeit [h] Stromerzeugung [kwh] Ausnutzungsdauer [h] Quelle: Valkanov 12

13 Installation Feb April 2008 Bisherige Ergebnisse: Nutzungsgrad, elektrisch: 23-25%, gesamt: 83-90% Deckungsgrad, elektrisch: 42-82%, thermisch: 67-91% Primärenergieeinsparung: 17-26% 13

14 Inhalt echnische Universität München Aktivitäten am Lehrstuhl Laborführung Markübersicht verfügbarer Geräte Erfahrungen mit Mini-BHKW-Systemen Erfahrungen mit Mikro-BHKW-Systemen Zusammenfassung und Ausblick

15 Mikro-KWK Pilottest Bayern eingesetztes System Mikro-BHKW mit Stirling Motor (Remeha) Elektrische Leistung 0,6-1,1 kw hermische Leistung 5 6 kw Zusatzbrenner mit 18 kw (Brennwert) bevorzugt für Ein- und Zwei-Familienhäuser Lineargenerator Kompakte Bauform Einsatz eines Wärmespeichers 15

16 Stirling Maschine Quelle: Richard Wheeler 16

17 Microgen Engine Corporation Stirling Motor Quelle: Microgen Engine Corporation 17

18 Mikro-KWK Pilottest Bayern - Standorte Pfaffenhofen Hohenlinden Bruckmühl Oberau Quelle: 18

19 Mikro-KWK Pilottest Bayern - hydraulische Einbindung A: Kombispeicher Erdgas Heizkreis Mikro-KWK- Anlage Kombi-Speicher Stromnetz Frischwasser UM IfE B-10 B: Warmwasserspeicher Heizkreis Erdgas Mikro-KWK- Anlage Warmwasser- Speicher Stromnetz UM IfE B-10 19

20 Mikro-KWK Pilottest Bayern - Installation 20

21 Wintertag Kombi -IfE Leistung [kw] 10 5 A = 1,3 C Erdgas BHKW Wärme BHKW Strom 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 30 Leistung [kw] Heizung Warmwasser Zirkulation 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 21

22 Wintertag, Warmwasserspeicher -IfE Leistung [kw] A = 1,3 C Erdgas BHKW Wärme BHKW Strom :00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 30 Leistung [kw] Heizung Warmwasser Zirkulation 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 22

23 Übergangstag, Kombispeicher Leistung [kw] 5 Erdgas BHKW Wärme BHKW Strom 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 20 Leistung [kw] 10 Heizung Warmwasser Zirkulation 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 23

24 Übergangstag, Warmwasserspeicher Leistung [kw] 10 5 Erdgas BHKW Wärme BHKW Strom 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 20 Leistung [kw] 10 Heizung Warmwasser Zirkulation 0 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 ime 00:00 24

25 100% Mikro-KWK Pilottest Bayern - Hohe Effizienz 80% Gesamtnutzungsgrad 60% 40% Bruckmühl Hohenlinden Oberau 20% elektrischer Nutzungsgrad 0% UM-IfE A Wärmeauskopplung [kwh/d] 25

26 CO 2 -Emissionen Gaskessel und BHKW 14 CO 2 -Emissionen [t/a] UM-IfE A % % -15 % -20 % -11 % -17 % BHKW Kessel Strombezug (Saldo) N BW KWK N BW KWK N BW KWK Bruckmühl Hohenlinden Oberau Emissionsfaktor Strom: 580 g CO2 /kwh el. Erdgas: 205 g CO2 /kwh gas eingespeister Strom wird mit dem CO 2 -Faktor für bezogenen Strom bewertet, und ist im Anteil des Strombezugs enthalten Vergleich mit Niedertemperaturkessel (80% Nutzungsgrad) und Brennwertkessel (95% Nutzungsgrad) 26

27 Primärenergieaufwand Gaskessel und BHKW Primärenergieeinsatz [MWh/a] UM-IfE A % BHKW % -19 % -15 % Kessel Strombezug (Saldo) % -10 % N BW KWK N BW KWK N BW KWK Bruckmühl Hohenlinden Oberau Primärenergie-Faktor Strom: 2,6 kwh PE /kwh el. Erdgas: 1,1 kwh PE /kwh gas eingespeister Strom wird mit dem PE-Faktor für bezogenen Strom bewertet, und ist im Anteil des Strombezugs enthalten Vergleich mit Niedertemperaturkessel (80% Nutzungsgrad) und Brennwertkessel (95% Nutzungsgrad) 27

28 Inhalt echnische Universität München Aktivitäten am Lehrstuhl Laborführung Markübersicht verfügbarer Geräte Erfahrungen mit Mini-BHKW-Systemen Erfahrungen mit Mikro-BHKW-Systemen Zusammenfassung und Ausblick

29 Zusammenfassung und Ausblick Anlagentechnik marktreif 5 kw el Klasse marktverfügbar 1 kw el Klasse steht vor Markteinführung Gute Erfahrungen mit den Systemen Zuverlässigkeit Geräuschprobleme bei Stirling Motoren behoben Administrativer Aufwand hoch Optimierungspotenzial beim Anlagenbetrieb 29

30 Zukünftig verfügbare echnologien/geräte Vaillant SOFC mit 1 kw el, 2 kwh th Erprobung im Callux Projekt Senertec Dachs Stirling SE, 1 kw el, 6 kw th in 350 l Pufferspeicher integriert Brötje EcoGen WGS Mikro-KWK (gleicher Striling) Vaillant ecopower kw el, 2,5 kw th (Honda Ottomotor) Brennstoffzellenentwicklungen vor allem Japan und UK 30

31 Fragen?! 31

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