Das stromautarke Haus

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1 Das stromautarke Haus 100% unabhängig mit Pellets, PV & Stromspeicher Dipl.-Ing.(FH) Philipp Tomaschko, ÖkoFEN Heiztechnik GmbH , Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft

2 Inhalt Vorstellung ÖkoFEN Energieerzeugung und -Verbrauch Der Energieträger Holzpellets Die stromerzeugende Pelletheizung Gesamtkonzept stromautarkes Haus Stromerzeugende Pelletheizung für den mittleren Leistungsbereich

3 ÖkoFEN Gegründet 1989 in Oberösterreich 300 Mitarbeiter weltweit 100% spezialisiert auf Pellets und Solar 15 Exportmärkte, Exportquote 93% ~ installierte Systeme Eigentümer: Fam. Ortner

4 Standorte Europa

5 Unternehmen ÖkoFEN = Ökologische Forschung und Entwicklung absolute Spezialisierung auf Pellets Technologieführerschaft als Unternehmensziel 5

6 Produkte

7 Energieerzeugung und -Verbrauch

8 Der Energieverbrauch steigt 8

9 Das Ziel von 195 Ländern:

10 Woher kommt unser Strom? Strom-Mix in DE besteht immer noch zum Großteil aus Kohle und Atomenergie

11 Woher kommt unsere Wärme? Endenergieverbrauch Wärme DE Anteil erneuerbarer Wärme stagniert! 12

12 Wärmeverbrauch aus erneuerbaren Energien

13 Energieverbrauch nach Sektoren Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 16% Haushalte 26% Verkehr 30% Energieverbrauch 2016 DE Quelle: Umweltbundesamt 2017 Industrie 28%

14 Wofür wird die Energie im Haushalt benötigt? ca. 84% wird für Heizung und Warmwasser verbraucht. Strom 16% Warmwasser 14% Heizung 70% Energieverbrauch 2016 DE Quelle: Statistisches Bundesamt (Destatis) 2018

15 Der Energieträger Holzpellets

16 Moderner Brennstoff Von Spänen zu Pellets: Zylindrische Presslinge aus naturbelassenem Holz ( Sägemehl und Hobelspäne der Sägeindustrie) Ohne chemische Bindemittel gepresst Durchmesser: 6 mm Länge: 2 kg Pellets 3-45 mm = ca. 1 l Heizöl

17 Heizen mit Pellets schützt unser Klima Pellets verbrennen CO 2 - neutral: Es wird nur so viel Kohlendioxid ausgestoßen, wie der Baum zuvor beim Wachstum aufgenommen hat und er auch bei der natürlichen Verrottung im Wald abgeben würde.

18 Pellets sind CO2-neutral 1 ÖkoFEN Pelletskessel als Ersatz einer Ölheizung = 8,5 to CO2 Einsparungpro Jahr* =^ Jahresemissionen 3 PKWs ( km/jahr) 13x Flugvon Wien nachnew York * Heizung mit ca. 15kW 19

19 Pellets sind erneuerbar und nachhaltig Quelle: AEBIOM Statistical Report

20 Versorgungssicher auch in Zukunft Jährlicher Zuwachs 121,6 Mio.m³ Jährliche Nutzung 98,5 Mio.m³ Pellets machen 3 % des genutzten Holzes aus

21 Pellets - effizienteste Verbrennungstechnik für Holz: Wirkungsgrade bis zu 107 %

22 Sauber heizen mit Pellets

23 Pellets erhöhen die lokale Wertschöpfung Quelle: AEBIOM Statistical Report

24 Langfristig stabile Preisentwicklung Bleibt der Pelletpreis stabil? Preisvergleiche der letzten 10 Jahre zeigen: Der Preis für Pellets ist im Gegensatz zu Öl oder Gas preisstabiler. Pellets unterliegen saisonalen Schwankungen, sind aber unabhängig von Börsenspekulationen oder internationalen Krisen.

25 Die modernste Form umweltfreundlich zu heizen Holzpellets sind CO 2 -neutral und klimafreundlich sind erneuerbar und nachhaltig sind heimisch und versorgungssicher sind günstiger als Öl oder Gas schaffen Arbeitsplätze in Europa machen wirtschaftlich und politisch unabhängig sind komfortabel, platzsparend und effizient durch innovative Pelletheiztechnik

26 Warum eine stromproduzierende Pelletheizung? 28

27 Stromerzeugung PV vs. Wärmebedarf Ertrag PV (Beispiel) Wärmepumpe? Verbrauch Heizung (Beispiel) Strom erzeugende Heizung! 29

28 Photovoltaik, Stromspeicher, E-Mobilität, Vernetztund Digital (Cloud, Schwarm, ) Smart Home Bildquelle: Tesla Motors 31

29 Autarkes Energiesystem? Pellets-KWK, Unabhängigkeit, Blackout-Sicherheit, regionalerenergieträger, 100% klimaneutral, Heizung? Holzheizung? Erneuerbar, Feuer, Schornstein, Asche? Heizung? Wärmepumpe? Stromverbrauch? Kohle-/Atomstrom? Bildquelle: Tesla Motors

30 Im Trend Unabhängigkeit als Luxusgut 33

31 Stromautarkie? Autarkie mit PV und Batteriespeicher? im Sommer: Jein im Winter: Nein Batteriespeicher reicht max. für 1,5 Tage Bisherige Lösungsmöglichkeit für sonnenlose Tage: 0% Autarkie ohne PV 30% Autarkie mitpv 70% Autarkie mit PV und Batterie 100%???

32 Stromautarkie Autarkie mit PV und Batteriespeicher? im Sommer: Jein im Winter: Nein Batteriespeicher reicht max. für 1,5 Tage Bisherige Lösungsmöglichkeit für sonnenlose Tage: 0% Autarkie ohne PV 30% Autarkie mitpv 70% Autarkie mit PV und Batterie 100% Autarkie mit PV + Batterie + Pellets-KWK

33 Die stromerzeugende Pelletheizung

34 Projekt ÖkoFEN_e Das Ziel: Entwicklung eines serienreifen Produkts zur Stromerzeugung aus Pellets, das im kleinen Leistungsbereich einsetzbar ist (geringer Planungs- und Wartungsaufwand) Bisherige Projekte: Stirlingmotor 1 kwe Mini ORC 0,5 kwe Dampfturbine 2 kwe Dampfturbine 3,5 kwe Stirlingmotor 4,5 kwe TEG Generator 0,4 kwe. 38

35 Projekt ÖkoFEN_e Stirling 1 kwe 2010: Projektstart 2011: Typenprüfung PeSmart_e 2012: Erste Pilotanlagen installiert 2013: Weiterentwicklung zu PeSmart_e : Optimierung und weitere Pilotanlagen 2016: Entwicklung PeCondens_e 2017: Serienstart in Deutschland 39

36 Pellematic Condens_e Pellematic Condens: Pellet- Brennwertkessel 9-16 kw Höchste Wirkungsgrade durch patentierte Brennwerttechnik Höchster Komfort Microgen Stirling Generator: Max. 1 kwe Nominal: 600 W 50 kg Sehr leiser Betrieb (max. 54 db) Wartungsfrei! Höchste Effizienz: Gesamtwirkungsgrad 107% 40

37 Faszination Stirlingmotor Keine Verschleißteile: Ausgelegt auf Laufzeitstunden ( 25 Jahre im Einfamilienhaus) Ausgeklügeltes Reinigungssystem zur Abreinigung der Wärmetauscherflächen Jahreswartung durch ÖkoFEN- Kundendienst (wie bei herkömmlicher Pelletsheizung) Nachrüstung des Stirlingmotors möglich 41

38 Funktionsprinzip Stirling- Motorgenerator Anströmeinheit (Material temperaturbeständig bis ca C) Rücklauf des Heizsystems Erhitzerkopf des Stirlingmotors: Kupferspitz fix mit Erhitzerkopf verlötet Rauchgastemperatur: ca. 950 (Kontrolliert durch FRT) Isolierung Edelstahl- Flammrohr Brennwert- Wärmetauscher Brennerleistung: 9-16 kw Saugzugventilator 42

39 Das stromautarke Haus Konzept & Systemkomponenten

40 Das Gesamtkonzept Weltweit einzigartig: Schrittweise zum stromautarken Haus Ganzjährige, Stromversorgung auch bei Netzausfall(durch Pellets und Solar) = 100% klimafreundliche, erneuerbare Wärme und Ökostrom 100% erneuerbare Wärme 30% Unabhängigkeit 70% Unabhängigkeit 100% Unabhängigkeit Weltweit einzigartig 45

41 Power2Heat Power2Charge 46

42 Prinzipschema stromautarkes Haus Heizungs-Pufferspeicher Heizkreisregler Temperatur- Sensoren Stromerzeugende Pelletheizung 0-10V Router power2heat Ethernet Kommunikationspfad Leistungspfad 47

43 Was passiert wenn? Regelung als Zusammenspiel von: + + Es scheint die Sonne und Batterie ist zu 100% geladen Power2Heat = Überschussstrom wird mittels Elektroheizstab in Wärme umgewandelt Power2Charge (in Arbeit) = intelligentes Laden des Elektroautos Power2Cool (in Arbeit) = Kühlen von Wohn- und Schlafräumen in den Sommermonaten Es scheint keine Sonne - Batterie leer & aktuell geringer Wärmebedarf? Start des Stirling- Autarkiebetriebs (Kundenentscheidung) = Erhöhung der Pufferspeichertemperatur; Aktivierung Wärmesenke (z.b. Pool); Heizkreise als Wärmesenke = Heizkreise werden eingeschaltet. 49

44 Mein stromautarkes Haus Rahmenbedingungen für die autarke Lösung: Haus mit 10 bis 16 kw Heizlast Raumhöhe von mindestens 2,15 m Heizraum mit mind. 10m² Voraussetzungen für 100% Autarkie: Ab zwei aufeinanderfolgenden sonnenarmen Tagen darf der Stromverbrauch max. 10 kwh pro Tag betragen. Für Schlechtwetterphasen wird eine Wärmesenke benötigt (Pool, beheizbare Kellerräume, o. ä.). Die PV-Anlage darf nicht anhaltend schneebedeckt sein. 50

45 Energiemanagement / Realisierte Anlagen

46 Referenzanlage Privathaus, Lembach Österreich Inbetriebnahme stromautarkes Haus : m 2 beheizte Fläche, Neubau 4 Heizkreise Fußbodenheizung,1 Badheizkörper Liter Pufferspeicher 4,4 kwp PV Fronius Energy Package (Symo Hybrid Wechselrichter + Solar Battery 12 (9,6 kwh nutzbar)) Visualisierung und Regelung komplett durch Pelletronic Touch, tägliche Reports per 52

47 Reporting Smart PV Power2Heat: Wh Stirling: Wh PV-Leistung: Wh Hausbedarf: Wh :03:51 00:26:51 00:49:51 01:12:51 01:35:51 01:58:51 02:21:51 02:44:51 03:07:51 03:30:51 03:53:51 04:16:51 04:39:51 05:02:51 05:25:51 05:48:51 06:11:51 06:34:51 06:57:51 07:20:51 07:43:51 08:06:51 08:29:51 08:52:51 09:15:51 09:38:51 10:01:51 10:24:51 10:47:51 11:10:51 11:33:51 11:56:51 12:19:51 12:42:51 13:05:51 13:28:51 13:51:51 14:14:51 14:37:51 15:00:51 15:23:51 15:46:51 16:09:51 16:32:51 16:55:51 17:18:51 17:41:51 18:04:51 18:27:51 18:50:51 19:13:51 19:36:51 19:59:51 20:22:51 20:45:51 21:08:51 21:31:51 21:54:51 22:17:51 22:40:51 23:03:51 23:26:51 23:49:51 PV Power2Heat Leistung Aktuell [W] Hausbedarf Batterieladestand

48 Reporting Smart PV Stirling: Wh PV-Leistung: Wh Hausbedarf: Wh :03:51 00:27:51 00:51:51 01:15:51 01:39:51 02:03:51 02:27:51 02:51:51 03:15:51 03:39:51 04:03:51 04:27:51 04:51:51 05:15:51 05:39:51 06:03:51 06:27:51 06:51:51 07:15:51 07:39:51 08:03:51 08:27:51 08:51:51 09:15:51 09:39:51 10:03:51 10:27:51 10:51:51 11:15:51 11:39:51 12:03:51 12:27:51 12:51:51 13:15:51 13:39:51 14:03:51 14:27:51 14:51:51 15:15:51 15:39:51 16:03:51 16:27:51 16:51:51 17:15:51 17:39:51 18:03:51 18:27:51 18:51:51 19:15:51 19:39:51 20:03:51 20:27:51 20:51:51 21:15:51 21:39:51 22:03:51 22:27:51 22:51:51 23:15:51 23:39:51 Stirling PV [W] Power2Heat Hausbedarf Batterieladestand [%]

49 Reporting 16,0 Wochenbilanz ,0 13,4 kwh/tag 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 6,6 4,8 11,3 4,8 7,2 12,0 4,0 8,4 5,1 9,7 3,0 10,4 7,1 7,4 5,8 6,0 2,0 0,3 0,5 0, Netzbezug gesamt Netzeinspeisung gesamt Stirling gesamt PV-Leistung gesamt Hausbedarf gesamt 55

50 Mein stromautarkes Haus Unabhängig & 100% ökologisch Blackout-Vorsorge Notstrombetrieb Abgestimmtes Gesamtkonzept zur Erzeugung von Wärme und Strom Strom- und Wärmemanagementsystem für die gesamte Haustechnik 57

51 Stromerzeugende Pelletheizung für den mittleren Leistungsbereich 58

52 Pellematic e-max Strom erzeugende Pelletsheizung für den mittleren Leistungsbereich 59

53 Pellematic e-max Kooperationsprojekt von ÖkoFEN und Qnergy Oktober 2013: Kooperationsstart mit Qnergy August 2014: erste Prototypentests am ÖkoFEN Prüftstand Ende 2014: Weiterentwicklung des Prototypen April 2015: Start von Langzeittests Herbst 2015: Typenprüfung & Vorbereitung auf die Pilotphase Frühling 2016: Start der Pilotphase & Auswahl der ersten Feldtestpartner April 2016: erste Inbetriebnahme eines Pellematic e-max Herbst 2016: Start der Pilotphase in ausgewählten Ländermärkten in Europa & Übersee Pellematic e-max 55 kw thermisch 4.5 kw elektrisch 60

54 Pellematic e-max Thermische Leistung: 55 kw Elektrische Spitzenleistung: 4.5 kwpeak Zielgruppe: Gewerbebetriebe, Hotel- und Wohnanlagen vor allem als Grundlastanwendung in Kombination mit einem/mehreren Spitzenlastkessel(n) Lieferumfang Pellematic e-max: Gesamtpaket aus Pelletskessel, Qnergy Stirlingmotor und Fronius Wechselrichter (3-phasige Einspeisung) Hydraulische Anforderungen: Rücklauftemperaturen sollten aus Effizienzgründen so niedrig wie möglich sein Durchschnittstemperaturen von 50 C sind jedoch kein Problem Vorzugsweise als Grundlastkessel einbinden Empfohlenes Pufferspeichervolumen mindestens Liter Ansonsten keine besonderen Anforderungen an Planung, Installation und Betrieb! 61

55 Pellematic e-max Aufbau Stirlingmotor Erhitzerkopf Isolierung Betonflammrohr Anströmeinheit Kesselwärmetauscher Sekundärluft Verbrennung 62

56 Pellematic e-max Qnergy Stirling Qnergy Controller Wartungstüre/ Wartungsöffnung (für die manuelle Reinigung des Erhitzerkopfes nach ca h) Fronius Wechselrich ter Aschebox 63

57 Hydraulische Einbindung 64

58 Pellematice-max Pilotanlagen 66

59 e-max - Pilotphase 12 Pellematic e-max in Betrieb

60 ÖkoFEN Deutschland Installation und Inbetriebnahme im Dezember 2016 Installation als Grundlastkessel in Kombination mit weiteren ÖkoFEN Pellets-Spitzenlastkessel Erzeugte elektrische Leistung wird direkt vor Ort verwendet und deckt die Stromgrundlast des Gebäudes Beheizte Fläche: m² (Büro, Lagerhallen, Schulungsräume) 68

61 Innovametall, Österreich Installation und Inbetriebnahme im September 2017 Energiecontracting-Anlage Neuerrichtung eines Produktions- und Bürogebäudes Umsetzung der gesamten Heiztechnik in einer Heizzentrale Beheizte Fläche: m² Produktionsfläche (Industriefußbodenheizung) m² Bürofläche (Fußbodenheizung) Technische Eckdaten: Kaskadenlösung aus 2x Pellets-Brennwertkessel à 64 kw + 1x Pellematic e-max, Pufferspeicher Liter; Aufrüstmöglichkeit um zusätzlichen Pelletkessel bei Erweiterung der Produktionsfläche 69

62 Grundriss der Anlage 70

63 :03:09 00:25:09 00:47:09 01:09:09 01:31:09 01:53:09 02:15:09 02:37:09 02:59:09 03:21:09 03:43:09 04:05:09 04:27:09 04:49:09 05:11:09 05:33:09 05:55:09 06:17:09 06:39:09 07:01:09 07:23:09 07:45:09 08:07:09 08:29:09 08:51:09 09:13:09 09:35:09 09:57:09 10:19:09 10:41:09 11:03:09 11:25:09 11:47:09 12:09:09 12:31:09 12:53:09 13:15:09 13:37:09 13:59:09 14:21:09 14:43:09 15:05:09 15:27:09 15:49:09 16:11:09 16:33:09 16:55:09 17:17:09 17:39:09 18:01:09 18:23:09 18:45:09 19:07:09 19:29:09 19:51:09 20:13:09 20:35:09 20:57:09 21:19:09 21:41:09 22:03:09 22:25:09 22:47:09 23:09:09 23:31:09 23:53: AT [ C] Kühlkreistemperatur [ C] Wirkleistung Akt [W] Tagesleistungsverlauf Tageslaufzeit: 16 Stunden; Tagesertrag: 56,5 kwh/d Auswertung - Rückblick

64 Hotel Koller, Österreich Installation und Inbetriebnahme im Dezember 2016 Renoviertes Jagdschloss Hotelbetrieb seit 1961 mit 22 Zimmern Pellematic e-max als Grundlastanlage 2x 56 kw Pelletskessel zur Spitzenlastabdeckung Hotel & Privathaus sowie Nebengebäude werden Pellets beheizt Liter Pufferspeicher dient zur Speicherung der Solar- und Pelletswärme 72

65 Café Dikany, Österreich Installation und Inbetriebnahme im Oktober 2017 Energiecontracting-Anlage in einer Jugendherberge / Cafe-Bar Beheiztes Gebäude: BJ. 1972, Cafe-Bar mit Wintergarten, Veranstaltungssaal mit 300 Sitzplätzen & Jugendherberge mit 94 Betten Ersatz eines Ölkessels mit 105 kw durch eine Pellets-Kaskadenanlage Technische Eckdaten: Kaskadenlösung aus 1x Pelletskessel 56 kw + 1x Pellematic e-max, Pufferspeicher Liter 73

66 Projekt ÖkoFEN_e- Ausblick Pellematic Condens_e: wird serienmäßig vertrieben Pellematic e-max: weitere Pilotanlagen, Vorbereitung zur serienmäßigen Markteinführung weitere Projekte 74

67 Danke für Ihre Aufmerksamkeit ÖkoFEN Heiztechnik GmbH Schelmenlohe 2 DE Mickhausen Weitere Informationen: