III.   Dezentrale KWK – Energiesystem

                >  mit MHKW (Motorenheizkraftwerk)  bzw.
                     BHKW ( Blockheizkraftwerk)  

                >  Wirtschaftliche  Kriterien  im Betrieb

 1. Das dezentrale MHKW -  das wirtschaftliche KWK – Energiesystem

      Die preiswerten Verbrennungsmotoren und Kraftwerkssoftware ermöglichen in Abhängigkeit
     von der Wahl des Brennstoffpreises  Strom & Wärme in Eigenregie die Grundlast billiger zu
     erzeugen als der Fremdbezug von Strom aus dem öffentlichen Netz.
     Dies vor allem deshalb, weil

  •  Die erzeugte Nutzenergie ( Strom & Wärme ) ohne  hohe Verteilerverluste vor Ort besser genutzt werden kann und
  • die  Bereitstellungsgebühr für den Strom ( Entgelte der Netznutzung, Abgaben und Steuern, Verluste, Dienstleistungen, etc. ) aus dem öffentlichen Netz wegfällt.

Die wirtschaftliche Lösung des dezentralen MHKW – Konzeptes ist daher -
        >  die  Produktion der Grundlast des Strom- und Wärmebedarfes in Eigenregie
        >  die Abdeckung des Stromspitzenbedarf  durch den Bestpreisanbieter und
        >  der vom MHKW produzierte Überschuss an Strom & Wärme wird ins 
                                                  öffentliche  Netz  abgegeben bzw. verkauft.


 2.  Die Funktion des wirtschaftlichen KWK – Prinzip mit MHKW

 
Das MHKW bzw. BHKW, ein kompaktes Modul mit  einem Verbrennungsmotor ( Diesel- oder   Ottomotor ) treibt einen Generator an und erzeugt gleichzeitig  elektrischen Strom und Wärme. Die anfallende Wärme des Motors ( Kühlwasser, Abgase ) wird – vergleichbar wie beim Auto –  nicht ungenützt an die Umwelt abgegeben, sondern  über mehrere Wärmetauscher direkt ins  Heizsystem  ( Raumwärme, Prozesswärme )  eingespeist.Eine Regel- und  Steuerungsanlage  ( Kraftwerkssoftware ) überwacht alle Funktionen im  System und sorgt dafür, dass die Strom-  und Wärmeproduktion – vollautomatisch ohne Aufsicht im  Dauerbetrieb – den vorgegebenen  Bedarf  abdeckt.
 
 Das dezentrale MHKW – Energiesparsystem oder auch  KWK ( Kraft – Wärme – Kälte ) -
Kupplung nutzt  mit der gleichzeitigen Erzeugung  von Strom und Wärme & Kälte effizient den Brennstoff, spart bei geringeren Erzeugungsverlusten  Kosten und   Energie  und entlastet  
hiermit unsere Umwelt  von  Schadstoff -  Emissionen.
MHKWs erreichen
Gesamtnutzungsgrade ( thermisch & elektrisch )
bis über 90 % .                  

    3. MHKW – System – die wirtschaftliche Wahl der Anforderungen

 Die wirtschaftlichste Systemkombination bei Einsatz der MHKWs – Module ( Einheit von Motor und Generator ) erfolgt in Kombination mit einer zusätzlichen Feuerungsanlage, um preisgünstig die Spitzenleistung für Wärme liefern zu können.

Das Ziel der Betriebsführung ist, ein kontinuierlicher Betrieb bei gleichbleibender Grundlast für eine hohe Nutzungsdauer der MHKWs.        

 4.  Eine überzeugende MHKW – bzw. BHKW – Umwelttechnik.
      Der ausschlaggebende Grund für die KWK – Förderung ! 

 

Der MHKW  bzw. BHKW -  Betrieb nutzt für die
 Produktion von    Strom & Wärme  bis über 90 %  der eingesetzte  Brennstoff – Energie. 

Gegenüber der getrennten Erzeugung von Strom im  Kraftwerk und Wärme im Kessel beträgt die
 Einsparung  durch das KWK – Prinzip  37 % der  Primärenergie

Beim dezentralen Einsatz des  MHKW wird Strom & Wärme unmittelbar am Ort  des  Verbrauchers   genutzt.
Daher sind weitere  Energieverluste über das Verteilersystem vermeidbar.

 
  

 

Dieser rationelle Energieeinsatz führt  zu einer

 Emissionsentlastung der Umwelt,

 weil mit diesem MHKW -  Energiesparsystem

 

„ pro erzeugter Nutzenergie „

 weniger Primärenergie benötigt wird.

 

 

Brennstoffe aus „ Erdgas“ sowie

„ Erneuerbaren Energien „  sind

ein Beitrag zur Reduktion des

Treibhauseffektes CO2:

 

zB)  1 Liter Dieselkraftstoff durch

Biodiesel ersetzt , vermindert die

Emission von  Klimagasen  um

     3,5  bis 4 kg CO2 – Äquivalent je Liter.  

 

Die  Methoden der Abgasreinigung – je nach Erfordernis gemäß TA – Luft oder ½ TA – Luft 
 Ottomotor - Methoden zur Reduktion von NOx – Emissionen sind:
                             >  Magerbetrieb und Oxidations- Katalysator
                             >  Lambda – Regelung  mit   3 – Wegekatalysator
                             >   SCR – Katalysator     
Dieselmotor  - mit zusätzlichem Einsatz von Russfiltern

   Mit Hilfe  der ausgereiften  Katalysator- und Motortechnik  werden hierbei weniger Schadstoffe
 ( NOx, CO, CH, SO2 und Staub ) und vor allem weniger CO2 gegen dem  Treibhauseffekt  emittiert. 

Der Emissionsvergleich der NOx – Bilanz zeigt, daß beim MHKW bzw. BHKW – Betriebes gegenüber einer getrennten Erzeugung von Strom im Kraftwerk und Wärme aus einer Kesselanlage die NOx – Emissionen  um 26 %  niedriger sind.

 

 Daher wird die elektrische Energie aus KWK – Anlagen nach den Richtlinien  des Ökostromgesetzes  BGBl 149, § 12 vom 23.8. 2002 unter folgender Vorraussetzung gefördert.

a. Die in der KWK = MHKW – Anlage anfallende Abwärme wird für die öffentliche 
                        Fernwärmeversorgung genutzt.

b. Die Einsparung des Primärenergieträgereinsatzes und der CO2 – Emissionen im  
                      Vergleich getrennter Strom- und Wärmeerzeugung wird erzielt.

5. Wann ist der Einsatz eines MHKWs sinnvoll ?

Der Einsatz des MHKWs ist grundsätzlich dann sinnvoll, wenn vor Ort Wärme und Strom gleichzeitig benötigt wird. Dies verlangt eine exakte Planung, die alle Faktoren berücksichtigt.

Da die Investitionen für die MHKWs deutlich höher sind als für eine Kesselanlage, sollen für die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage möglichst hohe Benutzungsstunden ( hohe Grundlast ) erreicht werden. Bei einer kontinuierlichen Betriebszeit von  3.000 Stunden kann bereits ein wirtschaftlicher Einsatz  des MHKWs möglich sein. 

 

Das Diagramm -  die Jahresdauerlinie  zeigt den
Jahreswärmebedarf einer Wohnsiedlung. 3 Stk. MHKW – Module können rd. 80 % der
Jahreswärmearbeit liefern und damit ca. 30 % von der Gesamtleistung abdecken.Die verbleibende Wärmearbeit von ca. 20 % wird vom preisgünstigeren Heizkessel geliefert, der etwa 70 % von der  Gesamtleistung abdeckt.Der Einsatz von mehreren MHKWs bringt gleichzeitig eine höhere Verfügbarkeit der Leistungen.

 

   Dokumentation der Bilder von ASUE ( Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und 
                                                           umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. )

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6. Betriebswirtschaftliche Lösungen mit dem MHKW – Betrieb bei 
    überdimensionierter Kesselleistung und Teillastbetrieb zB) Fernwärme,
    Prozesswärme, etc.

1.  Die Erzeugung von Warmwasser und die Deckung Fernwärmenetzverluste im Sommer mit  
     überdimensionierten Biomassekesseln verursachen zumeist im Teillast- und im Taktbetrieb  
      einen unvergleichlich erhöhten Emissionsausstoß.
     Diese Betriebsweise im  gedrosselten Zustand bedingt durch die geringe Leistungsabnahme 
     belastet durch die unvollständige Verbrennung ( Schwellbrand ) die Umwelt.

 2.  Der Kompromiss führt aus Investitionsgründen mit einem überdimensionierten Biomasse-
      Feuerungsanlage – auch im Sommer mit der Fernwärme die Warmwasserbereitung anzubieten 
      vielfach wegen  
              -    des schlechten Nutzungsgrades des Biomassekessels,
              -    des spezifisch höheren Stromverbrauches  und      
              -    der hohen Fernwärmenetzverluste
              -    des höheren Serviceaufwandes und
              -    kürzeren Lebensdauer des Biomassekessels
      zu einem  unwirtschaftlichen Betrieb durch Mehrkosten.

 3.  Die Abschaltung des Fernwärmebetriebes im Sommer führt wiederum zu enormen 
      Druckbelastungen der eingespannten Fernwärmerohre im Erdreich, wodurch -  gerade  
      nicht fachgerecht verlegte Fernwärmenetze – diese Spannungsbelastungen nicht  standhalten
      können.

     Die Folgen sind Fernwärmenetzzusammenbrüche mit riesigen Sanierungskosten – wie 
     dies die  Beispiele aus der Praxis „  die frühzeitige Aktivierung der Netz – Leckanzeige „ 
     zeigen.   – siehe Berichte der „  Fernwärmetechnik Wundara „  – Siehe  www.wundara.at

 4. Mit der Entscheidung den Fernwärme – Sommerbetrieb einzustellen, verlieren  
     die Fernwärmebetreiber ein wichtiges Kundenpotential, die gerade  im Winterbetrieb 
     bedeutende Wärmeverbraucher sind.

 Die Lösung dieses Problems ist der Einsatz von MHKWs bzw. BHKWs

 1. Mit der richtigen Leistungsauswahl des MHKWs fällt bei der Erzeugung von Strom  
     zusätzlich Abwärme = Wärme „  vom MHKW ( Motorwärme, Abgase ) an, die als  Fernwärme 
     oder als Prozesswärme genutzt werden kann. Je nach Auslegung der Wärmeleistung 
    des MHKWs kann hiermit  die Sommerheizlast der überdimensionierten 
    Biomassekessel wirtschaftlicher geführt werden.

  2. Mit den Einsatz von MHKWs wird ein besonders hoher Brennstoff -  Nutzungsgrad 
     erreicht und somit die Emissionssituation wesentlich verbessert.

 3. Durch die Nutzung der im MHKW – Betrieb anfallenden Abwärme für die Fernwärme  oder
     Prozesswärme ist mit geringeren Betriebskosten zu rechnen.

4. Bei Erzeugung von Ökostrom aus dem MHKW ergeben sich nach dem Ökostrom – 
     Einspeisegesetz zusätzlich höhere Erträge, die die Wirtschaftlichkeit des gesamten  
     Energieversorgungssystem verbessern bzw. zusätzliche Gewinne bringen.
     Dies vor allem, weil mit der Wärmeleistung des MHKW die Grundlast im Sommer und 
     Winter abgedeckt wird und gleichzeitig gewinnbringend Ökostrom produziert wird 

5. Die Wertigkeit des Einsatzes der erneuerbaren Energie (Holzgas, Pflanzenöl, etc.) ist  vor allem 
     im Winter gegeben, wo gerade in einer Zeit bei Volllast maximale  Stromleistung erbracht wird,
    in der die Wasserkraft am geringsten ist und kalorische Kraftwerke in Betrieb gehen.
    Durch die Substitution von Heizöl bzw. effizientere Nutzung der Biomasse und durch die  
    Reduktion der kalorischen Kraftwerkseinheiten ergeben sich durch die Brennstoffe aus   
    erneuerbarer  Energie  ( Biogas, Holzgas, Deponiegas, Biodiesel, Pflanzenöl ) im  MHKW  
   – bzw. BHKW -  Betrieb wesentliche  Emissionseinsparungen.   

 7.  Die  MHKW – bzw. BHKW -  Technologie – die technische Lösung  mit  
        ökologischer wirtschaftlicher Zukunft

Die Vorteile liegen auf der Hand 
                     >   hoher erreichbarer elektrischer Wirkungsgrad bis zu 40 %
                     >   geringere spezifische Investitionskosten
                    >    geringe Wartungs- und Instandkosten

Der Nachteil beim MHKW ist, daß der Verbrennungsmotor einen spezifischen Kraftstoff mit hohem Energieinhalt verlangt, der in reinem gasförmigem oder flüssigem Zustand relativ teuer in der Herstellung ist. 

Ein Vergleich der elektrischer Wirkungsgrade von KWK – Energiesysteme   

KWK – Technologie µ  – elektr.  Betriebswirtschaftliche  Nachteile – Vorteile
Dampf  – Gegendruckturbine 10  – 20 % Nachteil: Kesselwärter,  Wasseraufbereitung   sind erforderlich, spez. Investition in kleineren Leistungsbereich relativ hoch
Vorteil: Verbrennung preisgünstiger Energieträgerzur Dampferzeugung als Antriebsmedium
Dampf – Kolbenmotor 6  -  20  %
Dampf – Schraubenmotor 10 –  15 %
ORC – Prozess 10 – 20 % Vorteil: kein Kesselwärter, keine Wasseraufbereitung, geringe Wartung u. Instandhaltungskosten, Einsatz preisgünstiger Brennstoffe
Nachteil: spez. hohe Investition kleinerer Leistungen
MHKW bzw. BHKW mit Diesel- und Gasmotoren 28 – 40 % Vorteil: Strom & Wärme vor Ort, hoher Nutzungsgrad, geringe Emission und Wartungsaufwand
Nachteil: Gleichzeitige Abnahme von Strom & Wärme, exakte Planung erforderlich

 Die Erzeugung von Ökostrom & Biowärme mit MHKW bzw. BHKW – ist  auf Grund des hohen elektrischen Wirkungsgrades und des Brennstoff – Gesamtnutzungs-grades  eine gewinnbringende  Notwendigkeit.