BHKW 14.02.2017

Titel

Blockheizkraftwerke (BHKW) Grundlagen, technische Einführung und

Wirtschaftlichkeit Einsatzbereiche und umgesetzte Beispiele

Veranstaltung der Klimaakademie Unternehmen

„Effizient heizen mit oder ohne Stromproduktion“ am 14.02.2017 in Bremen

Dipl. Ing. Heinz Eggersglüß, UTEC GmbH

BHKW 14.02.2017

KWK

Kraft – Wärme – Kopplung gemeinsame Strom- und Wärmeerzeugung in einer

technischen Anlage Mögliche Anlagentechniken

• Dampfturbine

• Gasturbine, eventuell in Verbindung mit Dampfturbine (GUD)

• Motor – Blockheizkraftwerk (BHKW)

• Microgasturbine

• Brennstoffzelle

• BHKW: Die Heizung, die auch Strom produziert.

• BHKW: Der Stromerzeuger, der auch einen Beitrag zur Heizung liefert.

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BHKW – Prinzip Wirkungsgrade:

Elektrisch 27 – 42 %

Thermisch 60 – 45 %

Gesamt 88 – 95 %

Abgebbare Temperatur in der Regel max. 85-95 °C

Dampfproduktion nur aus Abgas

Quelle: ASUE

• BHKW: Die Heizung, die auch Strom produziert.

• BHKW: Der Stromerzeuger, der auch einen Beitrag zur Heizung liefert.

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Module

BHKW – Module (Beispiele) Beispiel 1: Kraftwerk Mephisto G20+ elektrische Leistung 20 kW el. Wirkungsgrad 31,5 % Wärmeleistung 40 - 45 kW Investition gesamt ca. 60.000 € Maße L x B x H 1,45 x 1,0 x 1,0 m

Beispiel 2: Sokratherm GG 50 elektrische Leistung 50 kW elektrischer Wirkungsgrad 34 % Wärmeleistung 82 kW Investition gesamt ca. 130.000 € Maße L x B x H 2,4 x 0,9 x 1,80 m

Beispiel 3: 2 G KWK 400 EG elektrische Leistung 400 kW elektrischer Wirkungsgrad 38,8 % Wärmeleistung 504 kW Investition gesamt ca. 500.000 € Maße L x B x H 4,30 x 1,50 x 2,32 m

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Grundlast

BHKW-Wärmenutzung • Heiz- und Warmwasserwärme • Prozesswärme < 80 °C • Wärme für Kälteerzeugung in Absorptionskälteanlagen

BHKW-/Heizungssystem • Ein BHKW übernimmt nie die alleinige Wärmeversorgung, sondern läuft immer in Verbindung

mit einem Spitzenkessel. • BHKW übernimmt die Grundlast, Heizkessel übernimmt die Spitzenlast • Ein BHKW kann allein oder in Verbindung mit einer Heizungserneuerung eingebaut werden.

Spitzenlast

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Heizungseinbindung

Heizungseinbindung BHKW-Anforderungen Rücklauftemperatur < 65 - 70 °C Mindestlaufzeiten pro Start Rücklauftemperatur • Vermeidung von hohen Rücklauftemperaturen • Kurzschlüsse im Heizungssystem beseitigen Mindestlaufzeit • Pufferspeicher zur Gewährleistung von 0,5 – 1,5 h Laufzeit (z.B. bei 50 kW – BHKW ca. 3 m³) Regelungstechnik • BHKW läuft immer in 1. Priorität • Kessel aus wenn BHKW steht und noch geladen

Wenn die BHKW-Anforderungen nicht erfüllt sind, erreicht das BHKW nicht die erforderlichen Laufzeit und ist unwirtschaftlich!!!

Quelle: ASUE

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Stromeinbindung

Stromeinbindung • BHKW-Modul beinhaltet alle Sicherheitssysteme, die ein Netzparallelbetrieb erfordert. • Auflagen des Netzbetreibers müssen erfüllt werden (hängen ab von der

Spannungsebene des Netzverknüpfungspunktes des Betreibers, Nieder – oder Mittelspannung)

• Notstrombetrieb grundsätzlich möglich

Anschlusspunkt • an geeigneter Stelle im Hausnetz (Netz muss am Anschlusspunkt die Leistung aufnehmen können)

• am Stromhausanschluss

Stromzähler • 1 Zähler zur Erfassung der BHKW-Stromproduktion

• 1 Zähler zur Erfassung der Stromeinspeisemenge (Zähler am Hausanschlusspunkt)

Wichtig: Stromeinbindung, Zähler früh- zeitig mit dem Netzbetreiber abstimmen!!

Quelle: UTEC

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Genehmigung

Genehmigungsverfahren BHKW bis ca. 350 kWel fordern keine Genehmigung nach Baurecht oder BImSchG!

Folgendes ist erforderlich:

* Anmeldung/Abnahme beim Schornsteinfeger

* Anmeldung/Abnahme Stromnetzbetreiber (in Bremen: wesernetz)

* Anmeldung bei der BAFA (zur Erlangung des KWK-Bonus, BHKW-Förderung)

* Anmeldung beim Hauptzollamt (zur Erlangung der Gassteuererstattung)

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Genehmigung

Weitere Aspekte Wartungsvertrag • Alle BHKW-Lieferanten bieten Vollwartungsverträge an. Der Betreiber braucht damit keine

eigenes spezifisches Know-How.

Schallschutz • BHKW emittieren tieffrequenten Schall. Schallschutz muss beim Aufstellen eines BHKWs

berücksichtigt werden.

Primärenergiefaktor/Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) • BHKWs liefern geringe Primärenergiefaktoren (üblicherweise < 0,7), was bei Neubauten

oder Sanierungen interessant sein kann (KfW-Förderung)

• Das EEWärmeG ist erfüllt, wenn mindestens 50 % der Wärme eines Gebäudes über ein BHKW erzeugt wird.

Ökologie BHKWs führen aufgrund des „CO2-armen“ Brennstoffes Erdgas und der sehr guten Energieausnutzung zu hohen CO2 - Einsparungen

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Förderung

Gesetze KWK – Gesetz (2016)

Stromeinspeisevergütung • Einspeisevergütung EEX, aktuell ca. 3,76 ct/kWh • vermiedene Netznutzung, aktuell HB ca. 1,95 ct/kWh

• Direktvermarktung bei > 100 kWel

• Anmeldung beim und Auszahlung vom Netzbetreiber

KWK-Bonus • Höhe siehe Grafik • Dauer der Zahlung: 60.000 Stunden bei < 50 kW, 30.000 h bei > 50 kW • Anmeldung bei der BAFA, Auszahlung durch Netzbetreiber Mineralölsteuergesetz Rückvergütung der Mineralölsteuer (bei Erdgas 0,55 ct/kWh für 10 Jahre, danach 0,442 ct/kWh) • Anmeldung beim Hauptzollamt • Beantragung und Auszahlung jährlich rückwirkend Erneuerbare Energien Gesetz EEG Bezahlung von 40 % der EEG-Umlage auf den selbst genutzten Strom (2,752 ct/kWh)

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Förderung

Förderung MINI – KWK Förderung BUND Förderung für BHKW < 20 kW • Basisförderung für Standard BHKW • Wärmeeffizienzbonus 25 % auf Basis (wenn Brennwertwärmetauscher) • Stromeffizienzbonus 60 % auf Basis (wenn sehr guter el. Wirkungsgrad) • Förderung nur in Bestandsgebäuden • Höhe siehe Grafik • Förderstelle: BAFA Bremer REN Programm (nur Gewerbe) • Es gibt keine Pauschalförderung < 50 kW mehr • Einzelfallförderung wegen beihilferechtlicher Probleme sehr unsicher Förderstelle: Umweltsenat Bremen (SUBVE)

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Wesentliche Wirtschaftlichkeitsparameter

BHKW-Laufzeit: Beispiel: 34 kWel Stromselbstnutzung 50 % Strompreis „Selbst“ 15 ct/kWh

Fazit: Es muss eine Laufzeit von mindestens 5.000 h/a mit vollständiger Wärmenutzung erreicht werden, um eine akzeptable Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Potenziell gute BHKW-Standorte: • Wohngebäude mit zentraler Warmwasserbereitung

• Krankenhäuser

• Schwimmbäder

• Gewerbebetriebe mit ganzjährigem Prozesswärmebedarf im Temperaturbereich < 80°C

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Wesentliche Wirtschaftlichkeitsparameter Stromerlös: Mittlerer Stromerlös BHKW-Strom hängt von mehreren Faktoren ab:

Beispiel BHKW 34 kWel BHKW-Laufzeit 6.000 h/a

Fazit: Es muss ein Stromselbstnutzungsanteil von mindestens 25 % erreicht werden, um eine akzeptable Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Einschränkung • Stärkere Abhängigkeit bei größeren BHKWs, da KWK-Bonus auf Einspeisung geringer bzw. entfällt. • Größere BHKWs erfordern einen höheren

Selbstnutzungsanteil!!!!

Strompreis Selbstnutzung 15,00 ct/kWhAbgabe EEG-Umlage -2,75 ct/kWhStromerlös Einspeisung 3,76 ct/kWhStromerlös verm. Netznutzung 1,95 ct/kWhKWK Bonus Selbstnutzung 4,0 ct/kWhKWK Bonus Einspeisung 8,0 ct/kWh

Beispielparameter < 50 kW

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Dimensionierung Wärme

Dimensionierung nach dem Wärmebedarf • BHKWs werden wärmegeführt betrieben, d.h. Dimensionierung in der Regel nach dem Wärmebedarf

• BHKWs benötigen lange jährliche Laufzeiten um eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen, Mindestlaufzeit 5.000 h/a

• Faustzahl: BHKW-Wärmeleistung = 20 – 25 % der Gesamtwärmeleistung el. BHKW-Leistung = ca. 10 - 15 % der Gesamtwärmeleistung Beispiel: Wärmesystem mit Sommerwärmebedarf Wärmesystem ohne Sommerwärmebedarf BHKW Laufzeit 5.865 h/a BHKW Laufzeit 4.850 h/a

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Dimensionierung Strom

Dimensionierung nach dem Strombedarf • BHKW Erlöse stark abhängig von der Stromnutzung Beispiel: Stromselbstnutzungsanteil – kleines Hallenbad Beispielparameter wie oben Anmerkung: Zahlung KWK-Bonus < 50 kW: 60.000 h Zahlung KWK-Bonus > 50 kW: 30.000 h Fazit: Es gehen viele Parameter/Abhängigkeiten ein, die eine BHKW-Projektierung immer berücksichtigen muss!

el. Lastgang

0

20

40

60

80

100

120

140

0:15

1:45

3:15

4:45

6:15

7:45

9:15

10:4

5

12:1

5

13:4

5

15:1

5

16:4

5

18:1

5

19:4

5

21:1

5

22:4

5

Leis

tung

in K

W

el. BHKW Selbst- KWK- mittlererLeistung nutzung Bonus Strompreis

kW % ct/kWh ct/kWh50 99 4,04 16,4975 88 4,11 15,63100 76 4,34 14,86125 63 4,21 13,63150 52 4,25 12,76

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Dimensionierung Strom

Beispiel 1: BHKW Autowerkstatt/Tankstelle/Waschanlage Energiebedarf • Erdgas 675.000 kWh/a Hs • Strom 328.000 kWh/a

BHKW • 2 Module, 1 x 22 kW, 1 x 16 kW • Laufzeit 5.100 h/a (2015) • Stromproduktion 191.000 kWh/a • Stromselbstnutzung 74 % (143.000 kWh/a)

• Investition 111.000 € • Jahresüberschuss 20.000 €/a • Stat. Amortisation 5,7 a • CO2-Einsparung 63 t/a, 20 %

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Dimensionierung Strom

Beispiel 2: Käsewerk Energiebedarf • Wärmebedarf Niedertemperatur 615.000 kWh/a (NT-Wärme (Reinigung ganzjährig und Heizung) wird über Dampfkessel erzeugt) • Strom 2,4 Mio kWh

BHKW • 1 x 50 kWel • Laufzeit 6.200 h/a (2015) • Stromproduktion 310.000 kWh/a • Stromselbstnutzung 100 %

• Investition 135.000 € • Jahresüberschuss 48.000 €/a • Stat. Amortisation 2,8 a • CO2-Einsparung 130 t/a

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Beispiel 3: Jugendhilfeeinrichtung Energiebedarf • Heizölbedarf 470.000 kWh/a • Strom 92.500 kWh/a

BHKW • 1 x 20 kWel • Laufzeit 4.900 h/a (2015) • Stromproduktion 96.500 kWh/a • Stromselbstnutzung 50 %

• Investition 71.000 € • Jahresüberschuss 13.500 €/a • Stat. Amortisation 5,3 a • CO2-Einsparung 49 t/a, 30 %

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Beispiel 4: Nahwärme für Schule und Wohnungsbau (Projekt ist derzeit in der Projektierung)

Energiebedarf • Wärmebedarf 1.975.000 kWh/a

BHKW • 2 x 50 kWel • Laufzeit 6.200 h/a • Stromproduktion 620.000 kWh/a • Stromselbstnutzung 2,5 % (nur Energiezentrale)

• Investition 230.000 € (nur BHKW, kein Wärmenetz) • Jahresüberschuss 39.000 €/a • Statische Amortisation 5,8 a Anmerkung: Projekt bietet einen geringen Primärenergiefaktor, was bei der Sanierung der Wohngebäude zu einer höheren KfW-Förderung führt und bei geplanten Anbauten der Schule das EEWärmeG erfüllt.

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Zusammenfassung

Zusammenfassung

• BHKWs sind sehr umweltfreundlich (hohe Energie- und CO2-Einsparung)

• BHKWs erfordern eine sorgfältige Planung bei der Dimensionierung und der Einbindung in das Heizsystem

• BHKWs brauchen lange jährliche Laufzeiten, d.h. einen Sommerwärmebedarf

• Faustzahl: el. BHKW-Leistung = 10 - 15 % der maximalen Wärmeleistung

• BHKWs brauchen eine hohe Stromvergütung, d.h. i.d.R. einen hohen Stromselbstnutzungsanteil