Planung von Kraft-Wärme-Anlagen

Technische Auslegung und wirtschaftliche Kriterien von Motoren- und Blockheizkraftwerken (MHKW/ BHKW)

Dezentrales MHKW/ BHKW als wirtschaftliches Kraft-Wärme-Kopplungs-Konzept

Eigenerzeugung ist billiger als Fremdbezug

Mit dem Fortschritt der Entwicklungen für preiswerte Verbrennungsmotoren und Kraftwerkssoftware ist in geeigneten Fällen die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme in Eigenregie billiger als der Fremdbezug von Strom aus dem öffentlichen Netz, weil:

- der im eigenen MHKW eingesetzte Brennstoff zur Erzeugung

  von Strom & Wärme bis zu 90% nahezu ohne Verteilerverluste

  vor Ort besser genutzt wird

- die Gebühren für den Strom aus dem öffentlichen Netz wegfallen.

Der Preis für die Lieferung von Strom aus dem liberalisierten Strommarkt umfasst nämlich nicht nur den Arbeitspreis für die Wirkarbeit, sondern zusätzlich die Gebühren für:

- den Bezug je nach Netzebene 1 – 7

- die Nutzungsstunden des Netzes (3000, 5000, 7000, 8000 h/a)

- die Entgelte der Netznutzung

  (Bereitstellung, Verluste, Dienstleistungen, etc.)

- Abgaben und Steuern, die beim MHKW–Betrieb zum Großteil

  wegfallen

Wirtschaftliches Lösungskonzept

Die wirtschaftlichste Lösung des dezentralen MHKW/BHKW-Konzeptes ist daher:

- die Produktion der Grundlast des Strom- und Wärmebedarfes

   in Eigenregie

- die Abdeckung des Stromspitzenbedarf durch den

  Bestpreisanbieter

- der vom MHKW produzierte Überschuss an Strom und Wärme

  wird ins öffentliche Netz abgegeben bzw. verkauft.

Primärenergiefaktoren

Die gute Brennstoffausnutzung von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen macht sich im Primärenergiefaktor bemerkbar.

Der unökologisch erzeugte Strom der Großkraftwerke, der hier nicht verbraucht wird, wird quasi gutgeschrieben.

Primärenergiefaktoren

- bei Verwendung fossiler Brennstoffe fp= 0,7

- bei Verwendung erneuerbarer Brennstoffe fp=0

Fazit

Das MHKW als das innovative KWK-Betriebssystem ist die preisgünstige technische Lösung, besonders auch für den Einsatz von alternativen Motorbrennstoffen aus Biomasse* mit vergleichbar hohen Nutzungsgraden zur Erzeugung von Ökostrom und Biowärme.

(Sofern vom Hersteller als auch  vom Betreiber die entsprechenden Voraussetzungen dafür vorliegen!!!)

*) Flüssige Biomasse aus Pflanzenölen

z. B. Rapsöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Palmenöl, Biodiesel, etc.

Gasförmige Biomasse

z. B. Holzgas, Biogas, Deponiegas, Klärgas

Die optimalen wirtschaftlichen Voraussetzungen und Rahmenbedingungen

Der Einsatz des MHKWs ist grundsätzlich dort sinnvoll, wo 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 erreicht werden.

Durch die gezielte Weiterentwicklung und durch die größeren Stückzahlen sinken gegenwärtig auch die Preise für die MHKWs.

Die MHKWs sind lt. Herstelleraussagen, je nach Bewertung des erzeugten Stromes und der Wärme, schon ab 3.000 Betriebsstunden wirtschaftlich einsetzbar.

Dies sollte jedoch unbedingt von Fall zu Fall von unabhängiger Seite im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsanalyse nachgewiesen werden!

Beispiel

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 (Spitzenlastkessel) geliefert, der etwa 70% von der Gesamtleistung abdeckt.

Der Einsatz von mehreren MHKWs bringt gleichzeitig eine höhere Verfügbarkeit der Leistungen.

Quelle:ASUE (Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V.)

Ab welchem Wärmebedarf lohnen sich Blockheizkraftwerke?

Die kleinsten z. Z. auf dem Markt befindlichen BHKWs haben eine elektrische Leistung von 5 kW oder weniger (Mini-BHKW).

Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit solcher kleinen Anlagen ist es wichtig, eine relativ hohe Nutzungsdauer zu erreichen (4500-5500 Stunden pro Jahr) und einen möglichst hohen Anteil an dem bereitgestellten Strom selbst zu verbrauchen.

Daraus ergibt sich für einen bivalenten - also in Verbindung mit einem Heizkessel realisierten - Betrieb eine notwendige thermische Grundlast von mindestens 8-10 kW und eine mindestens notwendige elektrische Grundlast von 4 kW.

Diese Grundlast ist z. B. normaler Weise in einem Mehrfamilienhaus von 8 bis 10 (größeren) Wohneinheiten,

einem Hotel mit 40-50 Zimmer oder einem

Seniorenwohnheim mit mindestens 50 Zimmer vorhanden (Richtwerte).

Je größer das Versorgungsobjekt und je unterschiedlicher die Nutzungsstruktur (z. B. Büroräume mit Wärme- und Strombedarf tagsüber und Wohnungen mit einem großen Anteil an Strom und Wärme am Abend) desto wahrscheinlicher ist ein wirtschaftlicher BHKW-Einsatz.

Einsatzbeispiele

MHKWs werden überall dort sinnvoll eingesetzt, wo gleichzeitig ein hoher Energiebedarf von Strom und Wärme oder auch Kälte vorliegt.

Potentiellen Kunden sind Verbraucher aus folgenden Branchen:

- Tourismusbetriebe wie - Hotels, Restaurants

- Campingplätze, Hallenbäder, Freizeitzentren

- Holzverarbeitende Betriebe (Sägewerk, Papierindustrie, Tischlerei)

- Fleischverarbeitende Betriebe

- Lebensmittelindustrie (Molkereien, Käsereien)

- Textilindustrie,

- Öffentliche Verwaltungsgebäude , Krankenhäuser, Kuranstalten

  Altersheime, Kasernen, Wohnanlagen (ab ca. 20 WE)

- Fernwärmebetriebe

- Klärgasanlagen

- Landwirtschaftliche Betriebe (Tierzucht, Gärtnereien)

Vor- und Nachteile der MHKW–Technologie beim Einsatz erneuerbarer Energien

Die Vorteile der MHKW–Technologie:

- hoher erreichbarer elektrischer Wirkungsgrad bis zu 40 %

- geringere spezifische Investitionskosten

- geringe Wartungs- und Instandhaltungskosten

Der Nachteil beim MHKW

Der Verbrennungsmotor verlangt einen spezifischen Kraftstoff (z. B. Holzgas etc.) mit hohem Energieinhalt, der in reinem gasförmigem oder flüssigem Zustand relativ teuer durch eine relativ aufwendige Herstellung ist.

In der Praxis gibt es noch eine ganze Reihe von Problemen zu lösen! Die theoretischen Aussagen einiger Hersteller sind in der Praxis z. Z. nicht immer zu erreichen.

Bei Einsatz  einer modifizierten Motortechnik ist es mit Brennstoffen aus erneuerbaren Energien (z. B. Pflanzenöle, Holzgas etc.) möglich, Ökostrom & Biowärme wirtschaftlicher zu erzeugen als dies mit anderen KWK–Technologien geringerer elektrischer Wirkungsgrade möglich ist.

Je nach Qualität der Brennstoffe aus erneuerbarer Energie muss der Gasmotor, Dieselmotor oder auch der Zündstrahlmotor entsprechend technisch modifiziert werden, um auch hohe Motornutzungsstunden bzw. Standzeiten zu erreichen.

1. Schritt: Vorentscheidung zum Projekt zur Vermeidung von Zeit- und Geldverlusten

Die Errichtung und der Betrieb eines gewinnbringenden MHKWs/ BHKWs erfordern wirtschaftliche Rahmenbedingungen.

Für eine Projektvorentscheidung (d. h. vor Beginn der eigentlichen und kostenaufwendigen Planung) sind daher unbedingt wichtige Fragen zu klären, die ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit des Projektes sind.

Durch die in letzter Zeit enormen Nachfragen nach Investkosten, Wirtschaftlichkeit etc. für KWK-Anlagen und das Risiko für Fehlplanung und Fehleinschätzung ist eine Projektvorentscheidung unbedingt erforderlich.

Ohne einer positiven Erledigung bzw. Klärung der Voraussetzungen, ist es in d. R. sinnlos, eine konkrete Projektanfrage über Investitionen und Wirtschaftlichkeit bei einem Hersteller zu stellen.

Zur Vermeidung von Zeit- und Geldverlust durch Fehlplanung und Fehleinschätzung

sind für die Erfüllung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zuerst eine ganze Reihe Fragen in einer Checkliste mit Hilfe eines Fachplaners positiv zu klären.

Erst danach können Fragen nach Investkosten, Wirtschaftlichkeit etc. fachlich richtig beantwortet werden.

Checkliste zur Projektvorentscheidung für die Errichtung eines MHKWs/BHKWs (Beispiel)

1. Die Standortfrage?

1.1 Das genehmigungsfähige Grundstück?

1.2 Konzept für die Abwärmenutzung – auch im Sommer?

1.3 Die Trafostation zur Einspeisung des Ökostroms?

2. Organisation des Brennstoffes?

2.1 Sicherstellung der Brennstofflieferung (z. B. Hackgut)?

2.2 Eigene Brennstoffaufbereitung?

3. Die Anfrage für ein Angebot?

3.1. Adresse mit Telefon vom Auftraggeber, Betreiber, Investor?

3.2. Projektstandort?

3.3. Geplante Leistung, Angabe möglicher Wärmenutzung?

4. Hersteller, Lieferant und Montagebetrieb?

Besonders bei relativ neuen Technologien (z. B. Holzvergaser) ist hier unbedingt eine fachliche Unterstützung von unabhängiger Seite notwendig.

5.4 Auftrag zur Errichtung der Infrastruktur?

6. Projektprüfung?

Anfragen an den Hersteller bzgl. Infrastruktur werden in d. R. kostenpflichtig über den Fachplaner geklärt.

Die Vorgehensweise zur Prüfung des Projektes nach den Punkten 1-5 ist unbedingt einzuhalten, um zeitgerecht die Projekte realisieren zu können.

Problematische Fragen, z. B. Herstellerauswahl, Betriebssicherheit, Marktreife, Probleme  etc. sollten vorab unbedingt mit einem unabhängigen und fachkompetenten Ing.-Büro geklärt werden.

 !  Mehr Infos zur Checkliste im Rahmen unserer Beratungen.

2. Schritt: Planung - Hinweise und Planungsaspekte

In den meisten Fällen wird die BHKW-Anlage nach dem vorhandenen Wärmebedarf ausgelegt.

Faustformel:

60%-80% des Wärmebedarfs durch das BHKW und der restliche Wärmebedarf durch eine Zusatzfeuerung abgedeckt wird.

Ein wichtiger Kompromiss ist in Bezug auf die Auslegung der Anlagengröße zu finden.

Ist das BHKW zu groß dimensioniert, sind seine sommerlichen Standzeiten zu lang.

Ist es dagegen zu klein ausgelegt, wird unnötig viel Stromerzeugungskapazität verschenkt.

Anpassung an den wechselnden Wärmebedarf

Zur besseren Anpassung eines Versorgungsobjekte ist der Einsatz mehrerer parallel arbeitender Module möglich.

Leistungsmodulierende Aggregate können ihre abgegebene Leistung dem Wärmebedarf des Objektes direkt anpassen.
Im monovalenten Betrieb wird der Heizkessel durch das BHKW ersetzt, im bivalenten Betrieb dagegen lediglich ergänzt.

Länger Laufzeiten und damit bessere Wirtschaftlichkeit gewährleistet in d. R. der bivalente BHKW-Betrieb.

Die richtige Auswahl des MHKW-Systems je nach Anforderungen

1. Einsatz von Motorentechnik mit hohen Standzeiten

Für den Dauerbetrieb im MHKW gelangen ausschließlich geeignete und langjährig getestete Industriemotoren bzw. Schiffsmotoren mit hohen Standzeiten zum Einsatz.

Während PKW-Motoren auf eine Betriebsdauer von 3.000 - 4.000 Stunden (das entspricht einer Fahrleistung von etwa 200.000 km) kommen, erreichen die MHKWs-Antriebsmotoren bis zum 1. Motorservice mehr als 30.000 Stunden.

Der Grund für die größere Lebensdauer ist kontinuierlicher Betrieb bei gleich bleibender Last.

2. Der richtige Brennstoff für den geeigneten Motor

Als Energieträger werden folgende Brennstoffe verwendet:

a) Mineralische Brennstoffe für Diesel- oder Ottomotoren

z. B. Erdgas, Flüssiggas (Propan, Butan) , Heizöl (Diesel) als auch

b) Alternative Brennstoffe aus erneuerbaren Energien

für modifizierte Diesel- oder Ottomotoren z. B. Biodiesel, Rapsöl, Holzgas, Biogas, Deponiegas, etc.

Für Biobrennstoffe werden adaptierte Diesel-, Otto-Gas- oder Mehrstoffmotoren mit Zündstrahltechnik eingesetzt.

3. Nach Betriebsweise (Steuerungssystem)

- wärmegeführter Vorrangbetrieb

- stromgeführter Vorrangbetrieb (oder auch kombiniert)

4. Nach Betriebsart:

- Netzparallelbetrieb

   (Betriebsführung mit dem öffentlichen Netz)

- Inselbetrieb

   (eigenständiges Netz)

- Notstrombetrieb

  (vom Netzparallelbetrieb umschaltbar auf Inselbetrieb)

5. Nach wirtschaftlicher Leistungsgröße

Die untere Leistungsgrenze für MHKWs liegt bei ca. 3 KWel (elektrisch) und reicht im oberen Leistungsbereich bis zu mehreren 1000 KWel pro Modul.

6. MHKWs mit Systemkombinationen

MHKW-Module (Einheit von Motor und Generator) werden zumeist in Kombination mit einer zusätzlichen Kesselanlage errichtet, um preisgünstig die Spitzenleistung für Wärme liefern zu können.

Die hohen Temperaturen der Abgase (z. T. > 500 °C ) können selektiv über Wärmetauscher zur Dampferzeugung,

in Absorptionskälteanlagen zur Erzeugung von Kälte oder in

Niedertemperatur–Absorbern genutzt werden.

Weiteres sind MHKWs auch mit Druckluftkompressoren oder Wärmepumpen kombinierbar.

Dadurch kann der Umweg über die Stromerzeugung und den nachgeschalteten Elektromotor entfallen.

Größe des BHKWs

Bei der BHKW-Größe wird fälschlicher Weise häufig der Strombedarf oder der gesamte Objektwärmebedarf nachgefragt.

Da aber MHKW-Module möglichst 5.000 bis 7.000 h/a (von 8.760 h), darf die thermische Leistung nur einen Anteil am max. Wärmebedarf decken.

Genehmigungsverfahren

Für die MHKW-/ BHKW-Planung ist es bei größeren Anlagen sinnvoll ein Pflichtenheft anzulegen und die Einhaltung auch zu kontrollieren,

z. B. mit folgenden Punkten:

- Beschreibung des Versorgungsobjektes

- Beleg des Jahresstromverbrauchs

- Festlegung und genaue Beschreibung des Wärmeverbrauches

- Beschreibung der installierten Heizungsanlage

- Platz im Aufstellraum (Skizze)

- Überprüfung der Pufferspeichergröße

- Einbindungsart des BHKWs, z. B. RL-Anhebung

- Überprüfung des Vollwartungsvertrages

- Überprüfung der garantierten Volllaststunden

- Überprüfung, ob Fernwartung möglich ist u. v. m.

Die Genehmigung für den Einbau und den Betrieb eines BHKWs unterliegt gesetzlichen Vorschriften:

Genehmigungsverfahren nach dem Baurecht.

Zu den Antragsunterlagen gehören z. B.:

- Bauantragsvordruck

- Beschreibung des Vorhabens

- Zu- und Abluftberechnung

- Lageplan des Gebäudes

- Bauzeichnungen des Aufstellungsortes

- Typprüfung des BHKWs

- Bauaufsichtliche Zulassung des Abgassystems mit

  Zulassungsnummer

- Schematische Beschreibung des BHKWs

- evtl. Kopien der Rechtsvorschriften zur baurechtlichen

  Behandlung von BHKWs

Anträge vor und nach der Installation (Beispiel Mini-BHKW für Erdgas)

Antragsformulare sind in d. R. auf den Webseiten der jeweiligen Hersteller zu finden.

Vor der Installation einzureichen

1. Antrag zum Anschluss einer Eigenerzeugungsanlage

an das Netz des Versorgungsbetreibers (VNB) ist beim zuständigen Versorgungsnetzbetreiber formlos zu beantragen.

Anlagen:

- Datenblatt Eigenerzeugungsanlage

- Unbedenklichkeitsbescheinigung

- Konformitätserklärung

- Kurzinfo für Elektrizitätsgesellschaften

2. Genehmigung der Abgasführung durch den Schornsteinfeger

ist beim zuständigen Schornsteinfeger zu beantragen.

Anlagen:

- Technische Daten BHKW

3. Förderanträge

z. B. KfW oder Landesförderprogramme etc.

Mehr Infos zu den Förderungen unter > www.kfw.de oder www.kfw-foerderbank.de

Nach der Installation einmalig einzureichen

Antrag zur Erlangung des Stromeinspeisebonusses

von 5,11 ct/kWhel beim Bundesamt für Außenwirtschaft.

Nach der Installation jährlich einzureichen

1. Mitteilung über eingespeiste KWK-Strommenge

jeweils bis zum 31.3. des Folgejahres beim Bundesamt für Außenwirtschaft.

Anlagen:

- Datenblatt BHKW

2. Antrag auf Steuerentlastung

für die Stromsteuer und die gekoppelte Erzeugung von Kraft und Wärme (§ 53 EnergieStG) jeweils bis zum 31.12. des Folgejahres* beim zuständigen Hauptzollamt.

Anlagen:

- Datenblatt BHKW

- GASTEC Zertifikation Wirkungsgrad

*) bei der ersten Rückvergütung ist das Inbetriebnahmeprotokoll mit einzureichen. Dies stellt gleichzeitig die Anmeldung der Anlage beim Hauptzollamt dar.

Planungsschritte (Beispiel Mini-BHKW für Erdgas)

1. Aufnahme Gebäude und Nutzerdaten

- Art des Objektes

- Baujahr

- Dämmstandart

- Nutzfläche

- Personenzahl

- evtl. weitere Wärmeverbraucher

- installierter Heizkessel (Typenschild und Schonsteinfegerprotokoll)

- verfügbarer Platz im Heizraum

- Heizkreistemperaturen

- Möglichkeiten der hydraulischen Einbindung etc.

2. Ermittlung des jährlichen Wärmebedarfs

2.1. Für Heizung

- Bei neuen Gebäuden Abschätzung nach Tabelle oder Grafik

  oder Berechnung vom Fachplaner

- Bei bestehenden Gebäuden anhand der Heizkostenabrechnung

  oder Brennstoffverbrauch

2.2. Für Trinkwarmwasser

Der Trinkwarmwasserbedarf ist nahezu übers Jahr konstant mit leichten Rückgang auf ca. 90% im Sommer.

Er ist zur Erreichung von möglichst hohen Volllaststunden des BHKWs von besonderen Interesse.

Der Bedarf kann z. B. nach Tabelle ermittelt werden.

3. Ermittlung des jährlichen Strombedarfs

Der Strombedarf hängt besonders vom Nutzerverhalten ab.

Bei bestehenden Gebäuden sollte möglichst die monatliche Stromabrechnung ausgewertet werden.

Bei Neubauten kann der Strombedarf nach Tabelle ermittelt werden.

4. Auslegung BHKW und Spitzenlastkessel

anhand der Jahresdauerlinie Wärmebedarf.

Die Jahresdauerlinie kann anhand von Messwerten aufwendig und langwierig ermittelt werden oder mit Simulationsprogrammen berechnet werden.

Faustformel für Mini-BHKW:

Für den wirtschaftlichen Betrieb Auslegung auf ca. 10-40% des max. Wärmebedarfs.

Damit sollten Laufzeiten von > 4.000 Betriebsstunden, besser 5.000 bis 7.000 h erreicht werden.

Mit dieser Grundlastauslegung können 40-75% der benötigten Wärmemenge für Heizung und Trinkwarmwasser bereitgestellt werden.

Ein Spitzenlastkessel deckt die über die Grundlast hinaus angeforderte Wärme und kann entsprechend kleiner ausgelegt werden, als dies ohne BHKW erforderlich wäre.

Der produzierte Strom wird entweder eigenverbraucht oder ins Netz eingespeist.

Je mehr Strom dabei im Objekt verbraucht wird, desto wirtschaftlicher arbeitet das Mini-BHKW.

(optimale Wirtschaftlichkeit, wenn nicht mehr als 10% des Stromes verkauft werden und der Zusatzstrombezug nicht über 20-30% des Referenzstromverbrauchs liegt.)

Wichtige Planungsgrößen (Beispiel Mini-BHKW für Erdgas)

Platzbedarf

Minimaler Platzbedarf ca. 4 m² mit rundum guter Zugänglichkeit für den Service.

Freiraum von mindestens 300 mm für alle Anschlüsse.

Belüftung des Aufstellraumes

Erdgas:

Obenliegende und unverschließbare Frischluftöffnung ins Freie mit Querschnitt mind. 150 cm².

Propangas:

BHKW kann auch unter Erdgleiche nach Forderung der TRF 1996 installiert werden. Ein externes Magnetventil ist nicht erforderlich.

Maßnahmen gegen Lärm und Vibrationen

- alle Leitungen von und zum BHKW in flexibler Ausführung

- Montage auf schweren vom Boden entkoppelten Sockel

  (min. 400 kg)

- keine offenen Durchführungen vom Heizraum zu anderen Räumen

Anschlüsse

- Vor- und Rücklauf über Schlauchsets, Rücklaufhochhaltegruppe

   (RL-Temperatur < 60°C beachten, VL-Temperatur max. 75°C

- Einbindung Speicher parallel zum Heizkreis

- Elektronisch geregelte Pumpen nicht zu groß dimensionieren

  (bei Heizkörpersystemen ΔT von ca. 10 K erforderlich)

- Hydraulischer Abgleich der Heizkreise zwingend erforderlich

- Sicherheitstechnische Ausrüstung nach DIN 4751

Filter und Schlammabscheider

- Im Rücklauf ist ein Grobfilter und ein

  Schlammabscheider (z. B. SPIROVENT) einzubauen

- zusätzlich für die Wärmetauscherspülung 2 KFE-Hähne

Kondensatablauf

Das Kondensat aus der Abgasleitung (max. 2 l/h) wird über einen Siphon mit Trichter in die Kanalisation bzw. ein Neutralisationssystem eingeleitet.

Die Kondensatleitung ist mit 2% Gefälle zu verlegen

Wärmezähler

Viele Betreiber wollen wissen, wie viel Energie ihr BHKW bringt.

Besonders auch in größeren Objekten sollte optional ein Wärmezähler installiert werden.

Gaszufuhr

Eine Anmeldung beim zuständigen Gasversorger ist notwendig.

Für die Ökosteuerrückerstattung beim Hauptzollamt muss der Gasverbrauch nachgewiesen werden. Dafür wird häufig ein beglaubigter Gaszähler gefordert (oder Berechnung über Stromerzeugung und Wirkungsgrad).

Abgassystem und Frischluftzufuhr

müssen dem Installationstyp B (raumluftabhängig) entsprechen. Die jeweiligen Landesvorschriften sind zu berücksichtigen.

LAS-Systeme sind zu vermeiden (Zuluft würde vorgewärmt und somit der Gesamtwirkungsgrad verringert).

Die Abgase werden mit Überdruck über eine Kunststoffleitung (PVDF) abgeführt.

Die Verwendung einer gemeinsamen Abgasleitung für BHKW und Spitzenlastkessel ist mit den Hersteller abzustimmen.

Elektrische Einbindung

Das Mini-BHKW wird parallel an das öffentliche Stromnetz

mit 5 x 2,5 mm²-Leitung,

3 x 10 A Absicherung und

allpoliger Trennstelle (Trennweg mindestens 3 mm) angeschlossen.

Inbetriebnahme

Der Betreiber wird über die Bedienung und die Sicherheitsvorschriften des BHKWs informiert.

Die Übergabe des Inbetriebnahmeprotokolls innerhalb einer bestimmten Frist (z. B. 10 Tage) an den Hersteller ist zwingend notwendig (Gewährleistung).

Betriebsarten: Wärme- oder Stromführung

Die Wahl der Betriebsart des BHKWs ist abhängig von:

- Wärmebedarf und Wärmekosten

- Strombedarf und Stromkosten

Wärmegeführt

Die max. Energienutzung wird erreicht, wenn die BHKW-Modulgröße nach dem thermischen Wärmebedarf des Objektes ausgelegt wird.

Das BHKW läuft nur, wenn Wärme benötigt wird.

Der gleichzeitig erzeugte Strom wird im Objekt genutzt oder ins Netz gespeist.

Vorhersagen können in der Wirtschaftlichkeitsberechnung gemacht werden.

Je genauer die Energiebilanzen angegeben werden, desto sicherer kann die Laufzeit des BHKW und somit seine Wirtschaftlichkeit vorausberechnet werden.

Abschätzung des Wärmebedarfs

Jahresenergieverbrauch in kWh (Ho) / 2.000 h

Stromgeführt

Diese Betriebsart ist eher selten sinnvoll.

Sie ist angebracht, wenn teurer elektrischer Leistungsbedarf zur Selbstversorgung vorhanden ist und die Wärme genutzt werden kann.

Kann z. B. im Sommer die Wärme nicht genutzt werden, arbeitet das BHKW wie ein Stromerzeuger mit Notkühler oder Pufferspeicher.

Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage (z. B. 90%) fällt damit auf den elektrischen Wirkungsgrad der Anlage (z. B. 30 %) zurück.

Manchmal spielt das in gewerblichen Betrieben jedoch keine Rolle.

Laufzeiten

Bei Auslegung des BHKWs im wärmegeführten Betrieb auf 10-30% der Grundlast sollten Laufzeiten von mindestens 5.000 bis 7.000 h erreicht werden.

Hydraulische Einbindung in die Heizungsanlage

Zu beachten:

- Grundlastproduktion an Wärmebedarf max. 30%

- Vorrangschaltung des BHKW

- Möglichst niedrige VL-Temperatur (max. 70°C)

- Verminderung von RL-Temperatursprüngen bei alten Kesseln

  (modulierende Kessel, Alter der vorhandenen Anlage)

Kriterien

- baulicher und reglungstechnischer Zustand der vorhandenen

  Anlage

- VL- und RL-Temperaturen

- Umlaufende Wassermenge, Umwälzpumpen

- Platzbedingungen

Parallele Einbindung

bei Anlagen mit gewünschten niedrigen RL-Temperaturen

(Brennwertkessel, größere BHKWs etc.)

- Hydraulische Entkopplung

- Rücklauf des BHKW wird dem Netzrücklauf entnommen

Reihenschaltung mit RL-Anhebung

(Kessel heizt nur bei Bedarf nach)

- evtl. hydraulische Weiche, Bypassschaltung

Pufferspeicher, Schichtenspeicher

- Verringerung der Schalthäufigkeiten besonders bei Anlagen

   mit geringer Laufzeit

- Aufladung in verbrauchsschwachen Zeiten (Nachtabsenkung)

- Abfangen von Stromspitzen durch das BHKW durch Ladung

  des Speichers (dieser ist größer auszulegen)

Steuer- und Regelungstechnik

- Gewährleistung eines kontinuierlichen BHKW-Betriebes

- Lange Laufzeit des BHKWs

- Be- und Entladung des Puffers

- Minimierung der Startvorgänge

Öffentliche KWK-Förderung der MHKW-/ BHKW-Umwelttechnik

Gründe für öffentliche KWK-Förderung!

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

Einsparung von Primärenergie

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

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

Emissionsentlastung

Dieser rationelle Energieeinsatz führt zu einer Emissionsentlastung der Umwelt, weil mit diesem MHKW-Energiesparsystem „pro erzeugter Nutzenergie„ weniger Primärenergie benötigt wird.

Reduktion des Treibhauseffektes CO2

Brennstoffe aus Erdgas sowie erneuerbaren Energien sind ein Beitrag zur Reduktion des Treibhauseffektes CO2:

z. B: 1 l Dieselkraftstoff durch Biodiesel ersetzt vermindert die Emission von Klimagasen um 3,5 bis 4 kg CO2-Äquivalent je Liter.

Die Abgasreinigung

je nach Erfordernis gemäß TA-Luft oder ½ TA-Luft.

Methoden zur Reduktion von NOx-Emissionen sind:

Bei Dieselmotoren

- mit zusätzlichen Einsatz von Russfiltern

Bei Ottomotoren

- Magerbetrieb und Oxidations-Katalysator

- Lambda-Regelung mit 3-Wegekatalysator

- SCR-Katalysator

Emissionsvergleich bzgl. NOx

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.

Vorraussetzung für die öffentliche Förderung

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

1. Die in der KWK- (MHKW) -Anlage anfallende Abwärme wird für die öffentliche Fernwärmeversorgung genutzt.

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

Schalldämmung

Die fachgerechte Ausführung von Luft- und Körperschalldämmung reduziert die Schallentwicklung bis auf mögliche 25 dB (A)

(Schalldämmhaube, Absorptions-Schalldämpfer).

Ökostromtarif aus Biomasse – EEG vom 1.8. 2004 (Deutschland)

Vergütungen

1. Mindestvergütung von Ökostrom aus Biomasse

1.1. von 1 - 150 KW el: mindestens 11,5 Ct/KWh (Grundvergütung)

1.2. von 150 - 500 KW el : mindestens 9,9 Ct/KWh

2. NAWARO (nachwachsende Rohstoffe)

   Zuschlag: 6 Ct/KWh

3. KWK (Kraft-Wärme-Kopplung)

   Zuschlag: 2 Ct/KWh

4. Technologiebonus (nur z. B. bei Holzvergasung, Stirling etc.)

    Zuschlag: 2 Ct/KWh

Beispielrechnung für 2007

Jährlichen Degression von -1,5 % ab 1.1.2005 auf die Grundvergütung

= 3 Jahre (2005, 2006, 2007) x (-1,5%) = -4,5%

Grundvergütung 2007: 11,5 Ct/KWh x (- 4,5%) = 10,98 Ct/KWh

Einspeisetarife für das Jahr 2007

Grundvergütung + Summe Zuschläge 2.-4.*

1–150 KWel: 10,98 + 6 + 2 + 2 = 20,98 Ct/KWh

150–500 KWel:                               19,45 Ct/KWh

*) Annahme: Holzgas-BHKW mit Technologiebonus

Vorausberechnung der Wirtschaftlichkeit

Kriterien

Jahresdauerlinie

Grundsätzlich gilt:

Je genauer die aktuellen monatlichen Verbrauchsdaten für Strom, Gas, Öl, Wärme etc. aufgezeichnet sind, desto realistischer kann eine Wirtschaftlichkeitsanalyse gemacht werden.

Zur Erfassung des Objektwärmebedarfs

Unbedingte Trennung von Prozess- und Heizwärme, Heißwasser. Vermeidung von Schätzwerten.

Wirtschaftlichkeitsanalyse

Berechnung nach VDI 2067 Blatt 7,

Jahresdauerlinie als Grundmodell der Analyse.

Anmerkung:

In den Einzelheiten der Berechnungen gibt es unterschiedliche Betrachtungsweisen.

Z. B. bei der Abschätzung des Verlaufs der Kapitalrücklaufzeit.

Diese unterliegt vielen unbekannten Faktoren (Entwicklung der Preise von Strom, Gas, Öl etc., politische Entscheidungen u. v. m.).

Kostenfaktoren zur Berechnung der Gesamtkosten pro Jahr

- Kapitalkosten

Berechnung der Annuitätsfaktoren nach VDI 2067 Blatt 1 Tabelle 7

- Einbindungskosten

sind abhängig von der Anlagengröße;

Angabe in d. R. durch Heizungsbauunternehmen, besser ist aber, diese Arbeiten vom BHKW-Lieferanten ausführen zu lassen.

Die Planungskosten sind zu berücksichtigen.

- Nutzungsdauer

Abschreibungsdauer AfA 10 Jahre

Nutzungsdauer in d. R. 15 Jahre angegeben

- Zinssatz

KfW 2,5% bei KWK oder nach Angebot Dienstleister

- Brennstoffkosten

als größter Kostenfaktor beeinflussen neben den Betriebsstunden die Wirtschaftlichkeit bedeutend.

Da bei Biobrennstoffen (Pflanzenöl, Pellets, Hackschnitzel, Biogas etc.) gegenüber Öl und Gas die Aufbereitungskosten und Wartungskosten höher sein können, ist ein genauer Preisvergleich bzw. Analyse der Brennstoffkosten angebracht.

- Instandhaltungskosten

Angaben nach Datenblatt des Herstellers in Ct/kWhel

- Sonstige Kosten

Bei BHKWs bis 30 kWel kann der Betreiber Tarifkunde bleiben, bei größeren Anlagen verfällt dieses Anrecht.

Für Versicherungskosten und Verwaltungskosten

(Abrechnungen, Anträge etc., Rechnungswesen, Reparatur- und Wartungsaufträge)

werden pauschal ca. 0,5 bis 1,5% der Investsumme angesetzt.

Gewinne/Erlöse aus Strom- und Wärmeverkauf

1. Stromverkauf

Der für die Einspeisevergütung maßgebende "übliche Preis", gemäß KWK-Gesetz unterliegt ständigen Schwankungen.

Der so genannte "übliche Preis" ist seit dem 1.7.04 gesetzlich festgelegt und bemisst sich am durchschnittlichen Preis für Baseloadstrom am Spotmarkt der Leipziger Strombörse EEX (www.eex.de) im jeweils vorangegangenen Quartal.

Der aktuelle Wert sowie die Entwicklung seit 2000 kann aktuell unter www.bkwk.de/infos/preis/ eingesehen werden.

Da die Strompreise ständig steigen, steigen auch die Börsenpreise und somit der "übliche Preis".

BHKW-Betreiber profitieren somit doppelt von höheren Strompreisen (Eigennutzung und Einspeisung).

Beispiel für Quartal I/2006:

KWK-Bonus von 5,11 Ct/kWhel

+vermiedenes Netznutzungsentgelt NNE (ca. 0,5 bis 1,5 Ct/kWh)

Vergütungssumme für Betreiber ca. 12 Ct/kWhel.

Anpassung der Vergütung an den Strompreis

Wichtige Voraussetzung ist, dass eine Preisregelung gemäß §4 Absatz 3 Satz 2 und 3 (!) des KWKModG vertraglich vereinbart wird.

Der Preis des vorhergehenden Quartals gilt für den Strom des laufenden Quartals (gilt nicht, wenn der Betreiber einen anderen Preis vereinbart hat!).

Zusammensetzung der Vergütung lt. KWK-Gesetz

Nur gültig, wenn der "übliche Preis" vereinbart wurde und kein Preis oder Vertrag zustande gekommen ist!

1. Baseloadstrom-Preis des vorhergehenden Quartals

   (> www.eex.de)

2. Vermiedene Netzkosten (NNE)

3. KWK-Zuschlag 5,11 Ct/kWh (z. Z. auf 10 Jahre befristet)

Beispiel für Quartal IV/2005:

EEX-Preis               5,982 Ct/kWh

+ vermiedene NNE * 0,800 Ct/kWh

+ KWK-Zuschlag      5,110 Ct/kWh

Summe                 11,890 Ct/kWh

2. Wärmeverkauf

2.1. Reduktion der Brennstoffkosten durch BHKW-Erzeugung

    um  0,55 ct/kWh

2.2. Erlös aus Wärmeverkauf an andere Nutzer

Versicherungen

Inbetriebnahme

Maschinenbruchversicherung bei größeren BHKWs

- Höhere Gewalt (Blitzschlag, Überschwemmung)

- Berücksichtigung der Restwertzahlung (Rücklagenbildung)

- Betriebsunterbrechungsversicherung

Haftpflichtversicherung

- Umwelthaftpflichtversicherung ist besonders dringend zu empfehlen

  (austretendes Motoröl etc.)

Die Inbetriebnahme des BHKWs erfordert die Koordination von mehreren Fachbetrieben (Heizungsinstallateur, E-Fachbetrieb)

Der Installationsbetrieb kann evt. eine Modifizierung der Heizungsanlage vornehmen, welche  den BHKW-Betrieb verbessert.

Wartung, Fernwartung

1. Vollwartung

Der Abschluss eines Vollwartungsvertrages mit dem BHKW-Hersteller ist eine Garantie über die gesamte Vertragslaufzeit.

Die Hersteller-Bedingen sind dabei genau zu prüfen.

2. Teilwartung

Evtl. bei Anlagen > 100 kWel sinnvoll.

3. Überwachung

Betreiber sollten Ihre Anlage über die Vollwartung hinaus überwachen, um evtl. Unregelmäßigkeiten früh zu erkennen.

Moderne BHKW-Anlagen registrieren viele Werte im Computerspeicher. Eine Beratung ist sinnvoll.

4. Datenfernübertragung

Störungsmeldungen werden in die Zentrale des BHKW-Herstellers übertragen und können von der Service-Firma ausgelesen werden.

Eine Nutzdatenerfassung- und Auswertung ist sinnvoll.

Die Wartungskosten werden somit reduziert.

 Neu! Betriebskostenermittlung und Abrechnung bei kleinen KWK-Anlagen

Staatliche Förderung durch Stromvergütung

Nach dem KWK-Gesetz von 2002, novelliert am 26.8.2009 wird Stromnetzbetreibern für eingespeisten und auch selbstgenutzten Strom aus hocheffizienten KWK-Anlagen ein festgelegter Zuschlag gezahlt (mehr unter www.bafa.de > Energie > KWK).

Heizkostenabrechnung

Nicht jedes BHKW unterliegt der Heizkostenverordnung (HKVO).

Eine verbrauchsabhängige Abrechnung nach HKVO ist jedoch immer sinnvoll.

Dabei ist zu beachten, dass der Eigentümer nur die Brennstoffkosten für den thermischen Energieanteil (Wärme und WW) auf die Mieter umlegen darf.

Die Kosten für die Stromerzeugung müssen daher von den gesamten Energiekosten abgezogen werden.

Dafür gibt es eine messtechnische und eine rechnerische Methode.

1. Messtechnisches Verfahren (empfohlen)

Mit einer vollständigen Messausstattung (Brennstoff-, Strom- und Wärmezähler) ist eine fachlich einwandfreie und rechtssichere Abrechnung gewährleistet.

Geeichte Messgeräte ermitteln exakt und nachvollziehbar den umlagefähigen Kostenanteil für die verbrauchte Nutzerwärme.

2. Rechnerisches Verfahren

(in Bearbeitung, Ergebnis etwa ab Herbst 2010)

Das z. Z. noch angewendete Verfahren richtet sich nach dem Antragsformular der Hauptzollämter (www.zoll.de) zur Rückerstattung der Energiesteuer.

Beispiel:

BHKW-Daten (vom Hersteller, Planer, Heizungsbauer):

elektrische Leistung Q_el = 5 kW

thermische Leistung Q_th = 12 kW

-> Gesamtleistung BHKW Q_BHKW = 17 kW

Wirkungsgrad elektrische Leistung η_el = 26 %

Wirkungsgrad thermische Leistung η_th = 62 %

-> Gesamtwirkungsgrad BHKW

η_BHKW = η_el + η_th = 26 + 62 = 88 % = 0,88

abgelesene Werte an den Zählern:

Betriebsstundenzähler: B_h = 4.000 h

-> Berechnung der elektrischen Leistung (Arbeit)

Q_el = Q_el x B_h = 5 kW x 4.000 h = 20.000 kWh

-> Berechnung der thermischen Leistung (Arbeit)

Q_th = Q_th x B_h = 12 kW x 4.000 h = 48.000 kWh

-> Daraus ermittelt der Messdienst den Kostenanteil der thermischen Energie für den Mieter.

Berechneter Gesamtenergieeinsatz

Q = (Q_BHKW / η_BHKW) x B_h

= (17 kW / 0,88) x 4.000 h = 77.272,7 kWh

Umlage der Wartungskosten

Eigentümer darf die Wartungskosten nicht mit den Heizkosten sondern nur mit dem Stromgewinn verrechnen (Regelung umstritten), da er von der Einspeisvergütung für gelieferten Strom, der erlassenen Stromsteuer sowie den Zuschlägen für selbstgenutzte elektrische Energie profitiert.

Rückerstattung Energiesteuer für den eingesetzten Brennstoff

Dabei zählen die gesamten Brennstoffkosten, für thermische wie für elektrische Energie.

Das entsprechende Formular 1117 wird beim zuständigen Hauptzollamt beantragt und dort bis zum 31.3. des Folgejahres eingereicht.

Quelle: HEIZUNGSJOURNAL9/2010; Minol Messtechnik W. Lehmann GmbH & Co KG

Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.

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