Vortrag Prof. Thomas
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BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Wirtschaftlichkeit von BHKW in der Objektversorgung und innovative Ansätze Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas Hochschule Reutlingen / RRI Alteburgstr. 150 72762 Reutlingen Tel.: 07121/271-7041 Email: [email protected] • • • • Einführung BHKW in der Objektversorgung Innovative Ansätze Fazit Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas, wiss. Leiter RRI, Fak. Technik, Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 Reutlingen, www.reutlingen-university.de Tel. +49 (0)7121 271-7041, Fax +49 (0)7121 271-7004, [email protected] BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Motivation Ressourcenschonung Minderung der CO2-Emissionen Einsatz erneuerbarer Energien + Energieeffizienz = sparsamer Einsatz konventioneller Energien BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen Projekte: Vergleichende Untersuchung von Mini-BHKW (mittlerweile 7 Mini und Mikro-BHKW vermessen) Bio- und Klärgasverstromung mit Stirlingmotor-BHKW und Mikrogasturbinen Intensivmessprogramm am Biogas-BHKW Unterer Lindenhof Bestimmung des Primärenergiefaktors für das BHKW EC Power XRGI 15G-TO Planungsrechnungen für den Einsatz von Mini und MikroBHKW in Ein- und Mehrfamilienhäusern BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen Literatur: „Mini-BHKW – noch zu groß für Ein- und Zweifamilienhäuser ?“ eBWK Bd. 60 (2008) Nr. 6 „Der Primärenergiefaktors für Blockheizkraftwerke“, BWK Bd.62 (2010) Nr.3 “Mini-Blockheizkraftwerke - Grundlagen, Gerätetechnik, Betriebsdaten“, Vogel-Verlag, Würzburg, 1.Aufl., 2007 Mitgliedschaften: VDI Fachausschuss Mikro-KWK sowie Richtlinienausschuss VDI 4656 „Planung und Dimensionierung von Mikro-KWK-Anlagen Leitung des Arbeitskreises DEZENT am WM BW BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Warum sind BHKW nicht Standard i. d. Heizungstechnik ? Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb von BHKW: • guter elektrischer Wirkungsgrad • hohe jährliche Laufzeit • geringe Anschaffungs- und Wartungskosten Mehrfamilienhäuser, kleine Gewerbebetriebe etc. Einfamilienhäuser BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Anwendung von BHKW in Mehrfamilienhäusern etc. • guter elektrischer Wirkungsgrad > (27) 30% • hohe jährliche Laufzeit Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a • geringe Anschaffungs- und Wartungskosten BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH Laufzeiten – thermische und elektrische Deckungsgrade Strombedarf Wärmebedarf MFH 1 14 WE 32.092 kWh/a 84.201 kWh/a MFH 2 34 WE 78.123 kWh/a 190.930 kWh/a MFH 3 48 WE 101.479 kWh/a 252.853 kWh/a Bedarfsprofile nach VDI 4655 Stromoptimierter Betrieb der BHKW BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH Laufzeiten – thermische und elektrische Deckungsgrade BHKW Elektr. Leistung Therm. Leistung Dachs 5,5 kW 13,5 kW* EC Power 15,2 kW 30 kW Höfler 25 kW 47 kW Comuna Metall 52 kW 97 kW * Mit Kondensor BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a EC Power Höfler therm. Deckungsgrad / % 120 100 80 60 40 20 0 1000 2000 3000 4000 5000 Speichervolumen / l 6000 7000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a EC Power Qheiz = 190930kWh/a Höfler Betriebszeit BHKW / h 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Speichervolumen / l 6000 7000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a direkte Deckung Strom / kWh/a EC Power Höfler 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Speichervolumen / l 6000 7000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2 MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a EC Power Höfler Stromeinspeisung / kWh/a 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Speichervolumen / l 6000 7000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a EC Power EC Power mod. Qheiz = 84201kWh/a Dachs m. Kond. Höfler therm. Deckungsgrad / % 120 100 80 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Speichervolumen / l 3500 4000 4500 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler 7000 Betriebszeit BHKW / h 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Speichervolumen / l 3500 4000 4500 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a direkte Deckung Strom / kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Speichervolumen / l BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1 MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a EC Power EC Power mod. Dachs m. Kond. Höfler Stromeinspeisung / kWh/a 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Speichervolumen / l 3500 4000 4500 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a EC Power Qheiz = 252853kWh/a Comuna Metall Höfler therm. Deckungsgrad / % 120 100 80 60 40 20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Speichervolumen / l 7000 8000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a EC Power Qheiz = 252853kWh/a Comuna Metall Höfler Betriebszeit BHKW / h 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Speichervolumen / l 7000 8000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a direkte Deckung Strom / kWh/a EC Power Qheiz = 252853kWh/a Comuna Metall Höfler 4000 5000 6000 Speichervolumen / l 7000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1000 2000 3000 8000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3 MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a Stromeinspeisung / kWh/a EC Power 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1000 2000 3000 Qheiz = 252853kWh/a Comuna Metall 4000 5000 6000 Speichervolumen / l Höfler 7000 8000 BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Anwendung von Mini-BHKW in Mehrfamilienhäusern etc. • guter elektrischer Wirkungsgrad > (27) 30% • hohe jährliche Laufzeit Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a • geringe Anschaffungs- und Wartungskosten < 2000-4000 €/kWel Wartungsintervall: 8000h Problem: Stromeinspeisung oder Selbstnutzung ? BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2 Gebäude: MFH 2, 34 WE, Strombedarf: 78.123 kWh/a Wärmebedarf: 190.930 kWh/a BHKW: EC Power XRGI 15G-TO (15,2 kWel, 30 kWth) Pufferspeicher 2000 Liter Berechneter Betrieb (auf Basis Referenzlastprofile VDI 4655): jährliche Betriebszeit: 5882 h/a thermische Deckung: 91,0 % elektrische Deckung: 73,1 % BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2 Szenario 1: Nutzung des erzeugten elektrischen Stroms zu 73,1% im Objekt (Tarif: ca. 16 ct/kWhel (netto) + 5,11 ct/kWhel) Amortisation nach 6,3 Jahren (ohne Zuschuss) Szenario 2: komplette Rückspeisung des erzeugten elektrischen Stroms (Tarif: ca. 3,876 ct/kWhel + 5,11 ct/kWhel + 0,5-1 ct/kWhel) keine Amortisation möglich BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Anwendung von BHKW in Einfamilienhäusern • guter elektrischer Wirkungsgrad 10 - 20% • hohe jährliche Laufzeit nur bei kleinen therm. Leistungen (< 7 kW) • geringe Anschaffungs- und Wartungskosten Lösungsmöglichkeiten ? > 6.500 €/kWel Innovative Ansätze BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg 1. Stirlingmotor-BHKW Stirlingmotor-BHKW haben das Potenzial für niedrige Wartungskosten (kein Ölwechsel) Freikolben-Stirlingmotoren können wartungsfrei betrieben werden. Quelle: WhisperTech Ltd. Problem: (noch) hohe Herstellungskosten Weitere Infos: 3. dt. Stirlingkongress auf der CEP in Stuttgart (Neue Messe) am 25.2.2010 Quelle: SenerTec GmbH/ Baxi Group BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg 2. Biomasse-Stirlingmotor-BHKW Aufgrund der äußeren Wärmezufuhr können Stirlingmotoren mit beliebigen Brennstoffen (u.a. Holzhackschnitzel und Holzpellets) betrieben werden. Herstellungskosten, Verbrennungsverfahren ? Quelle: Sunmachine GmbH BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg 3. Mikro Gas-Ottomotor-BHKW Gas-Ottomotor-BHKW auf der Grundlage von (Groß)Serienmotoren z.B. Honda Ecowill (1 kWel, 2,8 kWth) in Japan und USA über 60.000 Stück installiert Lebensdauer, Wartungsaufwand ? Quelle: Honda Motor Co., Ltd. BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg 4. Brennstoffzellen-BHKW Brennstoffzellen-BHKW bieten höchste elektrische Wirkungsgrade im kleinsten Leistungsbereich. z.B. BlueGenTM von CFCL Ltd. (2 kWel, 1 kWth) Zelldegradation, Herstellungskosten ? Quelle: CFCL Ltd. BHKW in der Objektversorgung 5. Februar 2010 KEA / Energieagentur Regio Freiburg Fazit • Mini-BHKW sind technisch ausgereift und bieten eine signifikante Primärenergieeinsparung • Die breite Markteinführung von Mini-BHKW kann gelingen, wenn: in Mehrfamilienhäusern der eigene Verbrauch des erzeugten Stroms ermöglicht wird. für Einfamilienhäuser Geräte mit gutem elektrischen Wirkungsgrad und geringen Anschaffungs- und Wartungskosten erhältlich sind.