III.   Dezentrale KWK – Energiesystem

                >  mit BHKW ( Blockheizkraftwerk)  

                >  Wirtschaftliche  Kriterien  im Betrieb

 1. Das dezentrale BHKW –  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 BHKW produzierte Überschuss an Strom & Wärme wird ins
öffentliche  Netz  abgegeben bzw. verkauft.


2.  Die Funktion des wirtschaftlichen KWK – Prinzip mit BHKW

Das 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 BHKW – 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.
BHKWs erreichen Gesamtnutzungsgrade ( thermisch & elektrisch )
bis über 90 % .

    3. BHKW – System – die wirtschaftliche Wahl der Anforderungen

Die wirtschaftlichste Systemkombination bei Einsatz der BHKWs – 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 BHKWs.

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

Der 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 BHKW –  Energiesparsystem

 „ pro erzeugter Nutzenergie „

 weniger Primärenergie benötigt wird.

Brennstoffe aus „ Holzgas“ ist ein Beitrag zur Reduktion des Treibhauseffektes CO2:

 

zB) Die Einsparung von Primärenergie und CO2 – Emissionen im REDOX – HGKW bei einer Leistung von 240 KW el und 450 KW th und 7.000 Vollbetrieb – Stunden bringt eine Einsparung:

> von ca. 6.490 MWh/Jahr  oder

649.000 Liter Heizöl / Jahr 

> 1.434 Tonnen / CO2 

im Vergleich mit dem Referenzsystem nach GEMIS 4 

 

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 BHKW – Betrieb 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  unter folgender Voraussetzung gefördert.

a. Die in der KWK = BHKW – 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 BHKWs sinnvoll ?

Der Einsatz des BHKWs 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 BHKWs 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 BHKWs 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 BHKWs 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 BHKW – 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 BHKWs

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

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

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

4. Bei Erzeugung von Ökostrom aus dem BHKW 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 BHKW 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  BHKW
–  Betrieb wesentliche  Emissionseinsparungen.

 7.  Die 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 BHKW 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
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 BHKW – ist  auf Grund des hohen elektrischen Wirkungsgrades und des Brennstoff – Gesamtnutzungsgrades  eine gewinnbringende  Notwendigkeit.