Einsatz von Blockheizkraftwerken im Wohnungsbau; ökonomische, energetische und ökologische Analysen

Danksagung

An dieser Stelle möchte ich mich bei Herrn Prof.-Ing. Belting und Herrn Prof. Dr.-Ing. Meliß für ihre Ratschläge und Anregungen, für die sehr gute Betreuung, sowie für die Bereitstellung der technischen Geräte und Informationen bedanken.

Ferner bedanke ich mich bei Herrn Dipl.-Ing. Genau, der mir bei dem Wärmbedarfs-Programm hilfreich zur Seite stand.

Weiterhin bedanke ich mich bei all den anderen Personen, die mir mein Studium erst ermöglicht haben, besonders meinen Eltern, Lehrern, Studienkollegen, Freunden, und nicht zuletzt auch meiner Frau Kirsten.

Inhaltsverzeichnis

I.  Einleitung  1

II.  Objektvorstellung  3

III.  BHKW-Technik  4

1.  Entwicklung der BHKW-Technik  4

2.  Grundlagen der BHKW-Technik  5

2.1.  Begriffsdefinition  5

2.2.  Verbrennungsmotoren  6

2.2.1.  Gas-Ottomotor  6

2.2.2.  Dieselmotor  8

2.2.3.  Diesel-Gasmotor  9

2.2.4.  Vor- und Nachteile der Verbrennungsmotoren  9

2.2.4.1.  Gasmotor  9

2.2.4.2.  Dieselmotor  10

2.3.  Brennstoffe  10

2.3.1.  Brennstoffe für Gasmotoren  10

2.3.2.  Flüssige Brennstoffe für Dieselmotoren  10

2.4.  Stromerzeugung  11

2.4.1.  Der Synchrongenerator  11

2.4.2.  Der Asynchrongenerator  11

2.4.3.  Schutzeinrichtungen  12

2.5.  Wärmeübertragung  12

2.5.1.  Kühlwasserwärmetauscher  12

2.5.2.  Abgaswärmetauscher  13

2.5.3.  Abhitzekessel  13

2.6.  Spitzenkessel  14

2.7.  Abgasanlage  14

2.8.  Steuer- und Regeleinrichtung  15

2.8.1.  Modulleitsystem  15

2.8.2.  Zentralleitsystem  15

2.9.  Wärmespeicher  16

2.10.  Elektrische Einbindung an das öffentliche Netz  17

2.11.  Typische Einsatzgebiete von BHKW’s  

  17  

IV.  Energie- und Emissionsbilanzen  18

1.  Einleitung  18

2.  Energieverbrauch und Umweltbelastung  19

3.  Primärenergieeinsparung durch BHKW-Technik  21

4.  Vorschriften zur Reinhaltung der Umwelt  

  22  

4.1.  Das BundesImmissionsSchutzGesetz (BImSchG)  22

4.2.  Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA-Lärm)  24

4.2.1.  Schallschutzmaßnahmen  25

4.3.  Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft)  25

5.  Maßnahmen zur Schadstoff-Emissionsminderung  

  27  

5.1.  Allgemein  

  27  

5.2.  Abgareinigungssysteme mit Katalysator  

  28  

5.2.1.  Lambda 1 Betrieb mit Drei-Wege Katalysatoren  28

5.2.2.  Lambda 1 Betrieb mit NH 3 Einsatz und Oxidationskataly  30

5.2.3.  Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren  31

5.3.  Einsatz eines Magermischmotors  32

5.4.  Resümee  32

V.  Gebäudewärmebedarf  33

1.  Normwärmebedarf nach DIN 4701  33

1.1.  Transmissionswärmebedarf  33

1.2.  Lüftungswärmebedarf  34

2.  Berechnung des Gebäudewärmebedarfs  35

VI.  Bilanzierung des Strombedarfs  37

1.  Einführung  37

2.  Erfassung des Strombedarfs  37

2.1.  Beschreibung des MES 3 D-Gerates  37

2.2.  Auswertung der Messergebnisse  

  38  

2.2.1.  Typischer Stromverbrauch einer Woche  40

2.3.  Stromverbrauch  44

VII.  Kleinst- Motorheizkraft  45

1.  Das Senertec-Sachs BHKW  45

2.  Erfahrungen und Ergebnisse des Feldversuchstestes in Schleswig-Holstein  45

VIII.  Planungsdaten  46

1.  Auslegung des BHKW  46

2.  Zeitlicher Verlauf von Wärme- und Strombedarf  46

IX.  Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen  57

1.  Allgemeines  

  57  

1.1.  Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit eines BHKW s  57

2.  Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung  58

2.1.  Methodik  58

2.2.  Statischer Rechensatz  59

2.3.  Dynamischer Rechensatz  

59

2.4.  Annuitätenmodell  

  59  

2.5.  Jahreskosten einer BHKW-Anlage  59

2.5.1.  Kapitalgebundenen Kosten  60

2.5.2.  Verbrauchsgebundenen Kosten  60

2.5.3.  Betriebsgebundenen Kosten  60

2.5.4.  Wärme- und Stromgutschrift  60

3.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Fünffamilienhauses (wärmeorientiert)  62

3.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  62

3.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  62

3.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  62

3.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  63

3.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  63

3.3.  Berechnung der Annuität (An)  63

3.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  64

3.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  

  65  

3.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  65

3.5.2.  Personalkosten (PK)  65

3.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  65

3.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  65

3.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  66

3.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  66

3.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  66

3.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  66

3.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  67

3.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  67

3.14.  Amortisationszeit  67

4.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Fünffamilienhauses (stromorientiert)  68

4.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  68

4.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  68

4.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  68

4.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  69

4.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  69

4.3.  Berechnung der Annuität (An)  69

4.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  70

4.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  71

4.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  71

4.5.2.  Personalkosten (PK)  71

4.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  71

4.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  71

4.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  72

4.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  72

4.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  72

4.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  72

4.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  73

4.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  73

4.14.  Amortisationszeit  73

5.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Fünffamilienhauses (HT-Fahrweise)  74

5.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  74

5.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  74

5.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  74

5.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  75

5.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  75

5.3.  Berechnung der Annuität (An)  75

5.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  76

5.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  

  77  

5.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  77

5.5.2.  Personalkosten (PK)  77

5.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  77

5.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  77

5.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  78

5.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  78

5.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  78

5.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  78

5.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  79

5.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  79

5.14.  Amortisationszeit  79

6.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Doppelfamilienhauses (wärmeorientiert)  80

6.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  80

6.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  80

6.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  80

6.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  81

6.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  81

6.3.  Berechnung der Annuität (An)  81

6.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  82

6.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  83

6.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  83

6.5.2.  Personalkosten (PK)  83

6.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  83

6.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  83

6.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  84

6.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  84

6.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  84

6.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  84

6.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  85

6.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  85

6.14.  Amortisationszeit  85

7.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Doppelfamilienhauses (stromorientiert)  86

7.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  86

7.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  86

7.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  86

7.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  87

7.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  87

7.3.  Berechnung der Annuität (An)  87

7.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  88

7.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  89

7.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  89

7.5.2.  Personalkosten (PK)  89

7.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  89

7.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  89

7.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  90

7.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  90

7.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  90

7.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  90

7.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  91

7.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  91

7.14.  Amortisationszeit  91

8.  Wirtschaftlichkeitsberechnung des Doppelfamilienhauses (HT-Fahrweise)  92

8.1.  Kosten für konventionelle Energiebereitstellung  92

8.1.1.  Kosten für Wärmebereitstellung  92

8.1.2.  Kosten für Vollstrombezug  92

8.1.3.  Berechnung der spez. Stromgestehungskosten (spez SGK)  93

8.2.  Berechnung der jährlichen kapitalgebundenen Kosten (KGK)  93

8.3.  Berechnung der Annuität (An)  93

8.4.  Berechnung der jährlichen Verbrauchsgebundenen Kosten (VGK)  94

8.5.  Berechnung der jährlichen Betriebsgebundenen Kosten (BGK)  95

8.5.1.  Instandhaltungskosten (IK)  95

8.5.2.  Personalkosten (PK)  95

8.6.  Kosten für Zusatzstrombezug (ZSK)  95

8.7.  Berechnung der Überschussstromeinspeisung (USE)  95

8.8.  Berechnung der Wärmegutschrift (WG)  96

8.9.  Wert der Eigenstromgestehung (WDESZ)  96

8.10.  Stromgestehungskosten (SGK BHKW )  96

8.11.  Spez. Stromgestehungskosten des BHKW’s (spez. SGK BHKW )  96

8.12.  Gesamtkosten der BHKW-Anlage (GK BHKW )  97

8.13.  Einsparung pro Jahr (EPJ)  97

8.14.  Amortisationszeit  97

9.  Sensitivitätsanalyse  

  98  

9.1.  Investitionskosten  98

9.2.  Wartungskosten  98

9.3.  Brennstoffkosten  98

9.4.  Strompreis  98

9.5.  Stromvergütung  98

9.6.  Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse  99

10.  Diskussion der Ergebnisse  104

X.  Umweltbilanz  107

1.  Primärenergieverbrauch  107

1.1.  Primärenergieverbrauch bei konventioneller Energiebereitstellung  107

1.2.  Primärenergieverbrauch bei der BHKW-Anlage  

  107  

1.3.  Vergleich des Primärenergieverbrauchs  108

2.  Emissionen  108

2.1.  Emissionssituation beim Kondensationskraftw. und der Kesselanlage  108

2.2.  Emissionen der BHKW-Anlage  109

2.3.  Emissionsvergleich  109

XI.  Zusammenfassung  112

XII.  Literaturverzeichnis  113

XIII. Verzeichnis der Bilder 114

XIV. Tabellen- und Diagrammverzeichnis 117 XV. Anhang 118

Objektvorstellung 1

1 Einleitung

In einem Industriestaat, wie die Bundesrepublik Deutschland, ist eine innovative Energiewirtschaft (d.h. rationelle Energienutzung ) für eine positive wirtschaftliche Entwicklung von großer Bedeutung. Ziel der Energiepolitik sollte eine sichere, ausreichende, preiswerte und umweltfreundliche Energieversorgung der Endabnehmer sein.

Daneben hat sich auch die Erkenntnis durchgesetzt, dass die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energieträger und der Kernbrennstoffe sowie der weltweit wachsende Energiebedarf uns dazu zwingen, mit dem Wirtschaftsgut „Energie“ noch sparsamer umzugehen.

Bild 1.1:Weltweite Energienachfrage nach einer logischen Funktion extrapoliert dargestellt

In vielen Bereichen der Energieanwendung konnten bereits beachtliche Einsparungen durch die Forschung und die Modernisierung von energiesparenden Technologien, wie z.B. Wärmerückgewinnungssysteme, Abwärmenutzung, sowie durch einen vermehrten Fernwärmeausbau erreicht werden. Doch auch weiterhin bietet sich hier ein beachtliches Potential zur Schonung der Reserven.

Neben dem ökonomischen Aspekt, hat die ökologische Komponente der Energieeinsparung zunehmendes Gewicht gewonnen. Ein geringerer Energieverbrauch bedeutet gleichzeitig weniger Umweltbelastung durch Schadstoffemissionen.

Objektvorstellung 2

Insbesondere die Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) müssen in den nächsten Jahrzehnten drastisch reduziert werden, damit einer drohenden Klimaveränderung der Erde entgegen gewirkt werden kann.

In diesem Zusammenhang gewinnt die dezentrale Energieerzeugung auf der Basis der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), hier im speziellen Blockheizkraftwerk(BHKW), zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird die nutzbare Wärme (Abgas, Kühlwasser, Schmieröl) zur Wärme-oder auch zur zusätzlichen Stromerzeugung genutzt, und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht. Dadurch können die Energiekosten und die Schadstoffemissionen pro erzeugter Energieeinheit beträchtlich gesenkt werden. Auf Grund dieser Vorteile sind allein in Deutschland heute schon BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von über 4,6 GW installiert

Je nach Erfordernis kann sich die Planung eines BHKW’s an dem Wärme- oder Strombedarf orientieren, wobei die Auslegung immer eine wirtschaftliche Abgabe von Kraft und Wärme bei größtmöglicher Eigennutzung in den Vordergrund stellen sollte.

In dieser Diplomarbeit wird unter diesen Gesichtspunkten, der mögliche Einsatz eines Kleinst-BHKW’s für die Energieversorgung eines Fünffamilienhauses und eines Doppelfamilienhauses auf energetische, wirtschaftliche und ökologische Art hin, untersucht.

BHKW-Technik 3

2 Aufgaben- und Objektvorstellung

Es galt zwei Mehrfamilienhäuser hinsichtlich der Energiesituation zu untersuchen, um damit eine energetische, ökonomische und ökologische Analyse eines Kleinst-BHKW im Wohnungsbau daran anzuschließen.

Das Fünffamilienhaus liegt in einem ruhigen Wohngebiet in Oberhausen-Sterkrade. Es umfasst 321 qm Wohnfläche bei 5 Wohneinheiten. Es wurde vor ungefähr 30 Jahren gebaut, dementsprechend war es zu dieser Zeit nicht so wichtig, Wohnhäuser gut zu isolieren. Dieses spiegelt sich im spezifischen Wärmebedarf von 81 W/m^2 wieder (Erlaubt sind nach neuer Wärmeschutzverordnung 1995 30 W/m^2). Das Doppelfamilienhaus liegt auch in Oberhausen. Es beinhaltet 310 qm Wohnfläche bei 2 Wohneinheiten, wobei der niedrige Stromverbrauch daraus resultiert, dass in der einen Wohnung nur eine Person wohnt. In diesem Wohnhaus beträgt der spezifische Wärmebedarf 88 W/m^2. (Nähere Angaben über Größe und Anzahl der Räume siehe im Anhang).

BHKW-Technik 4

3 BHKW-Technik

3.1 Entwicklung der BHKW-Technik

Seit über 100 Jahren, also bereits seit Beginn des elektrischen Stromes, wird in Deutschland die Technik der Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt. Vor dem ersten Weltkrieg setzte man diese Technik bei einigen städtischen E-Werken ein. Die entstehende Abwärme, der zur Stromerzeugung genutzten Dieselmotoren, diente zu Heizzwecken.

Nach dem ersten Weltkrieg wurde der Strom mehr und mehr von immer größer werdenden Kohlekondensationskraftwerken erzeugt, wobei das günstige Öl einen großen Teil des Heizenergiebedarfs deckte. Deshalb vergaß man die KWK-Technologie allmählich.

Erst im Jahre 1976 wurde wieder eine KWK-Versuchsanlage in Heidenheim aufgebaut und betrieben. Dabei wurden die alten Ölkessel durch diese „neue“ Technik ersetzt. Das Neue bei diesem Konzept war, das nicht nur alle technischen Möglichkeiten der Kraft-Wärme-Kopplung ausgenutzt wurden, sondern es war die Einbindung in das öffentliche Netz gelungen.

Im Moment erfreut sich diese Technologie wachsender Beliebtheit, da die effektive Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie zu großer Wirtschaftlichkeit bei Verringerung der Emissionen führt. Dieses verdeutlicht das unten dargestellte Diagramm (Bild 2.1). Bereits im Jahre 1995 war insgesamt 1,45 GW an elektrische Gesamtleistung installiert.

1600

1400

1200

1000

MW

800

600

400

200

0

1975

BHKW-Technik 5

3.2 Grundlagen der BHKW-Technik

3.2.1 Begriffsdefinition

Unter Blockheizkraftwerk versteht man eine mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebene Anlage, die unter Einsatz von Verbrennungsmaschinen bzw. Gasturbinen, mechanische Energie und diese mit Hilfe von Generatoren in elektrische Energie umwandeln, wobei die anfallende Motorkühlwasser- und Abgaswärme mit Hilfe von Wärmetauschern zu Heizzwecken genutzt wird. Des Weiteren gehört zu einer BHKW-Anlage, ein Heizkessel, der die Spitzenlastabdeckung wärmeseitig übernimmt, und falls nötig ein Wärmespeicher, um den tageszeitlichen, unterschiedlichen Strom- und Wärmebedarf zu überbrücken.

Die Vorteile eines BHKW liegen in der gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme, wobei ein sehr hoher elektrischer Wirkungsgrad erreicht wird, in der relativ günstigen Emission, wenn emissionsreduzierende Maßnahmen (z.B. Kat,..) angewandt werden. Wirtschaftlich kann man mit dieser Art kostengünstiger Energie erzeugen, als bei der getrennten Energiebeschaffung, sofern Strom- und Wärmebedarf gleichzeitig vorhanden sind.

In dieser Diplomarbeit werden ausschließlich Motorheizkraftwerke (MHKW), d.h. BHKW’s mit Verbrennungsmotoren behandelt.

Im unteren Bild 2.2 sieht man das prinzipielle Anschlussschema eines MHKW mit Spitzenkessel und Wärmespeicher.

Bild 2.2: Anschlussschema eines MHKW

BHKW-Technik 6

3.2.2 Verbrennungsmotoren

Als Verbrennungsmotor wird hier, die am weitesten verbreitete Art, der Hubkolbenmotor bezeichnet, wie sie zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schiffen und stationären Energieanlagen dienen. Auf und Abwärtsbewegung sowie die Verbrennung des Brennstoffes in einem geschlossenen Zylinder sind die wesentlichen Merkmale. Sie arbeiten entweder nach dem Zweitakt- bzw. nach dem Viertaktprinzip.

Bei Saugmotoren wird die Verbrennungsluft bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch vom Motor selbst (Viertaktmotor) angesaugt oder von einem Spülgebläse (Zweitakter) gefördert. Bei Motoren mit Abgasturbolader wird dieser durch eine Abgasturbine angetrieben. Gestartet werden die Verbrennungsmotoren mittels eines Anlassers, der von einer Elektrobatterie gespeist wird.

Folgende Motorsysteme kommen hierbei zum Einsatz:

Bild 2.3: Prozentuale Aufteilung der MHKW auf die installierte Gesamtleistung

BHKW-Technik 7

3.2.2.1 Gas-Ottomotor

Der Gasmotor arbeitet thermodynamisch nach dem Otto-Prozess. Dieser besteht als Ideal- Prozess aus zwei Isentropen und zwei Isochoren.(Siehe p-v- und t-s-Diagramm (Bild 2.4))

Beim Saughub (a->1) strömt brennbares Gas-Luft-Gemisch in den Zylinder, welches beim Verdichtungshub (1->2) auf den maximalen Kompressionsdruck isentrop verdichtet wird. Es folgt die Zündung des Gemisches durch den Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze, d.h. durch eine ortsfeste, räumlich begrenzte Zündquelle und die explosionsartige Verbrennung, bei der die Wärme q Z (v= konstant) zugeführt wird. (2->3): Diesen Vorgang nennt man Gleichraumverbrennung. Beim folgenden Arbeitshub (3->4) entspannen sich die Verbrennungsgase isentrop. Die Auspufföffnungen werden am Ende des Arbeitshubes frei, so dass die Abgase aus dem Zylinder entweichen können und sich der Anfangsdruck wieder einstellt (4->1). Die Wärme q A wird über den Auspuff mittels der Verbrennungsgase abgeführt. Der Druckausgleich (4->1) erscheint im p,v-Diagramm als Isochore. Schließlich werden beim Auspuffhub (1->a) die Restgase aus dem Zylinderraum herausgeschoben. Die Arbeitsfläche des idealen Otto-Prozesses ist die vom Linienzug 1->2->3->4->1 eingeschlossene Fläche.

Um die Grenzwerte der TA-Luft einhalten zu können müssen Gasmotoren mit Drei-Wege-Katalysatoren ausgerüstet werden, die eine Reduzierung der Schadstoffemissionen, wie Stickoxide (NO X ), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), bewirken. Für den Betrieb mit Klärgas oder Deponiegas können Drei-Wege-Katalysatoren, wegen der in diesen Gasen üblicherweise enthaltenen Anteile an Schwefel bzw. Chlorkohlenwasserstoff und Fluor, nicht oder nur in Verbindung mit einer Gasreinigungsanlage eingesetzt werden.

Ausschlaggebend für den effizienten und umweltbewussten Betrieb des Motors ist die Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches, mit Hilfe einer Lambda-Regelung. Der Magergemisch-Motor wurde entwickelt, um bei der Verwendung von Gasen, die die so genannten Katalysatorgifte wie Schwefel, Fluor, Chlor und Arsen als Verunreinigungen mit sich führen, die Grenzwerte der TA-Luft ohne den Einsatz von Katalysatoren einzuhalten. Hierbei erfolgt eine Erhöhung des Luft/Brennstoffverhältnisses mit der Anpassung des Zündzeitpunktes und einer entsprechenden Verringerung der Motorbelastung. Zur Optimierung ist zusätzlich eine Abstimmung des Brennraumes und des Ladungsausgleiches erforderlich. Um unkontrollierte Selbstzündungen zu verhindern, ist das zulässige Verdichtungsverhältnis des Gas-Luft-Gemisches durch den Methangehalt des Gases festgelegt (Oktanzahl).

BHKW-Technik 8

Die in der MHKW-Technik eingesetzten Gasmotoren mischen das Brenngas und die Verbrennungsluft mit Hilfe eines Gasmischers, der dem Motor vorgeschaltet ist. Somit erfolgt die Gemischaufbereitung außerhalb des Motors (externe Gemischbildung). Die Leistungsregelung geschieht durch Drosselung der Gas-Luftmenge. Im Teillastbetrieb verschlechtern sich die Wirkungsgrade beim Gasmotor jedoch erheblich.

Der thermische Wirkungsgrad beim Otto-Prozess ist ausschließlich vom Verdichtungsverhältnis des Motors abhängig. Er nimmt mit wachsendem Verdichtungsverhältnis zu. Bei Vollast werden elektrische Wirkungsgrade von bis zu 32% erreicht

3.2.2.2 Dieselmotoren

Die Dieselmotoren für den stationären Betrieb arbeiten mit Direkteinspritzung, d.h. der Brennstoff wird wie bei Nutzfahrzeugen direkt in die hochverdichtete Luft der Brennkammer eingespritzt. Der ideale Dieselprozess setzt sich aus einer Isobaren, zwei Isentropen und einer Isochoren zusammen. (Siehe p,v- und T,s-Diagramm, Bild 2.6). Dieser Prozess wird auch Gleichdruckprozeß genannt.

Es wird Luft aus der Umgebung angesaugt, die beim Verdichtungshub (1->2) auf 30 bis 60 bar isentrop verdichtet wird. Das Verdichtungsverhältnis v 1 /v 2 wird so gewählt, dass die Kompressionstemperatur (550°C bis 600°C) genügend hoch ist, um den eingespritzten Kraftstoff sicher zu zünden. Noch während des Verbrennungsvorganges (2->3) wird weiter Kraftstoff eingespritzt, wodurch sich dieser in Grenzen steuern lässt. Beim Idealprozess wird angenommen, dass die Kraftstoffeinspritzung über den ersten Teil des Arbeitshubes so erfolgt, dass sie einer Wärmezufuhr q Z bei konstantem Druck entspricht. Man nimmt also eine Gleichdruckverbrennung an. Hieran schließt sich die isentrope Entspannung (3->4) an. Sobald die Auspufföffnungen frei werden erfolgt der Druckausgleich nach außen (4->1). Dieser kann als isochore Wärmeabfuhr q ^A aufgefasst werden.

Der thermische Wirkungsgrad des Dieselprozesses nimmt mit dem Verdichtungsverhältnis zu und ist lastabhängig. Die Leistung der Dieselmotoren wird über die eingespritzte Brennstoffmenge geregelt. Dadurch ist eine gute Regelbarkeit gewährleistet. Es werden beim Dieselmotor hohe Teillastwirkungsgrade erreicht. Dass der Dieselprozess, thermodynamisch betrachtet, gegenüber dem bereits behandelten Ottoprozess der bessere Umwandlungsprozess ist, spiegelt sich besonders im elektrischen Wirkungsgrad wieder. Er beträgt für ein MHKW ca. 42%. Dieser wird derzeit von keinem anderen Kraftwerksprozess erreicht.

BHKW-Technik 9

3.2.2.3 Diesel-Gasmotoren

Der Aufbau der Diesel-Gasmotoren (dem sog. Gaszündstrahlverfahren) ist zum größten Teil mit den Dieselmotoren identisch, wobei zusätzlich eine Gaszufuhr zur Ansaugluft über einen Mischer wie beim Gasmotor eingebaut wird. Thermodynamisch läuft die Energieumwandlung nach dem Dieselprozess ab.

Die Zündung des Gas-Luft-Gemisches erfolgt durch Einspritzung einer geringen Menge Zündöles, welches aus leichtem Heizöl besteht. Das Verdichtungsverhältnis der Diesel-Gasmotoren liegt etwas unter dem Verdichtungsverhältnis der Dieselmotoren. Diese Aggregate können ohne Unterbrechung von Diesel-Gasbetrieb mit 5% bis 10% Zündölanteil auf reinen Dieselbetrieb umgeschaltet werden. Der Motor wird somit als Zweistoffmotor bezeichnet. Der Wirkungsgrad liegt zwischen Gas- und Ottomotor.

Da ein reiner Dieselbetrieb möglich ist, kann mit dem Gasversorgungsunternehmen ein abschaltbarer Gaslieferungsvertrag zu günstigen Konditionen abgeschlossen werden. Die Investitionen sind nicht sehr hoch, da auch unter anderem entsprechende Brennstofftanks notwendig sind. Am Markt sind z.Zt. Anlagen dieses Typs ab 100kW el Leistung verfügbar. Neuerdings werden auch kleinere Anlagen (< 100 KW ) angeboten, um auch kleineren Betreibern einen günstigeren Erdgasbezugsvertrag zu ermöglichen.

3.2.2.4 Vor- und Nachteile der Verbrennungsmotoren

3.2.2.4.1 Gasmotoren

BHKW-Technik 10

3.2.2.4.2 Dieselmotoren

Der Leistungsbereich der oben genannten Verbrennungsmotoren reicht von etwa 5 bis zu

mehreren 1000 kW el . 3.2.3 Brennstoffe

2.3.1. Brennstoffe für Gasmotoren

3.2.3.1 Flüssige Brennstoffe für Dieselmotoren

BHKW-Technik 11

3.2.4 Stromerzeugung

Es werden in der BHKW-Technik zwei verschiedene Arten, um die mechanische Energie des Motors in elektrische Energie umzuwandeln, angewendet, um den Strom zu erzeugen, den Asynchron- und Synchrongenerator. Beide sind fest oder über einer Kupplung mit dem Antriebsmotor verbunden. Die Klemmenspannung beträgt bei den verwendeten Generatoren 400/230 Volt und sie werden mit der Frequenz des Netzes betrieben. Die erzeugte elektrische Energie wird zur Abdeckung des Eigenbedarfs vom Betreiber und ggf. zur Überschussstromeinspeisung genutzt.

3.2.4.1 Der Synchrongenerator

Dieser Generatortyp ermöglicht den Betrieb eines Inselnetzes sowie die häufigere Anwendung als Notstrom- und Netzersatzbetrieb. Beim Netzparallelbetrieb muss die Spannung, die Frequenz und die Phasenlage, genau mit dem Netz übereinstimmen. Dieses erfolgt mit einem vollautomatischen Synchronisierungsgerät.

Die Leistungsabgabe hängt direkt mit dem Voreilwinkel des Läufers gegenüber dem netzparallelen Drehfeld des Stators (Ankerwicklung) zusammen. Der Generator läuft mit der Synchrondrehzahl des Netzes starr und der Antriebsmotor bleibt an diese Drehzahl gebunden.

In der Wicklung des Läufers wird mit Hilfe einer Gleichstromquelle ein eigenes Feld erzeugt und induziert im Stator die erforderliche Betriebsspannung, ohne dabei Blindstrom aus dem öffentlichen Netz zu beziehen. Der benötigte Gleichstrom wird meist der gekoppelten Erregermaschine entnommen. Beim Start wird das Aggregat bis auf Synchrondrehzahl hochgefahren, wobei der Läufer erregt und die Betriebsspannung im Stator erreicht wird. Sobald der Stator zum Netz geschaltet ist und die Automatik den Synchronisierungsvorgang abgeschlossen hat, läuft der Motor auf Nennlast.

Wie schon erwähnt, benötigt der Synchrongenerator keinen Blindstrom aus dem Netz. Er kann aber je nach Erregung Blindstrom abgeben und somit den Blindstrombedarf weiterer Asynchrongeneratoren decken.

Im BHKW-Einsatz kommen schleifringlose Generatoren zum Einsatz, wodurch ein, von der elektrischen Seite her, wartungsfreies Bauteil zur Verfügung steht. Generatoren müssen auf Grund der entstehenden Verlustwärme gekühlt werden. Im Normalfall geschieht dies durch Luft, die durch den Generator geblasen wird. Es können aber auch wassergekühlte Generatoren installiert werden, die eine Steigerung des thermischen Nutzungsgrades von ca. 4% ermöglichen, wenn Niedertemperaturwärme von ca. 30°C genutzt werden kann.

3.2.4.2 Der Asynchrongenerator

Asynchrongeneratoren sind robuste Kurzschlussläufer in ähnlicher Bauweise und Schaltung wie Synchrongeneratoren.

BHKW-Technik 12

Der Asynchrongenerator benötigt ein Drehstromnetz, das die Netzfrequenz vorgibt und den für die Erregung erforderlichen Blindstrom liefert. Sie sind ohne Zusatzeinrichtungen, wie z.B. Kondensatoren, nur für den Netzparallelbetrieb geeignet. Dieser Generatortyp wird mit übersynchroner Drehzahl angetrieben (z.B. 1530 statt 1500 1/min), um einen Schlupf gegenüber dem Drehfeld des Stators zu haben. Die Leistungsabgabe steigert sich mit dem Überdrehzahlschlupf.

Das Aggregat mit Asynchrongenerator wird ohne Last hochgefahren und bei Erreichen der Synchrondrehzahl wird das Feld an das Netz zugeschaltet. Dabei entsteht ein erheblicher Stromstoß (Einschaltrush), der durch den Aufbau der Magnetisierung von Stator und Läufer verursacht wird. Dieser so genannte Rush-Strom hält für ca. 0,03 Sekunden an und kann bei Synchrondrehzahl einen Wert bis zum Zwölffachen des Nennstromes erreichen. Daher sollten Generatoren mit Einschaltwiderständen ausgerüstet sein, die den Rush-Strom auf ungefähr den dreifachen Wert des Nennstromes begrenzen. Ein Notstrombetrieb ist mit diesem Generator nicht möglich (fehlender Blindstrom ).

Bei Anlagen ab ca. 250 kW el sind die Kosten gegenüber Synchrongeneratoren nur noch unwesentlich geringer. Wegen der höheren Fertigungsstückzahlen sind Synchrongeneratoren, obwohl technisch aufwendiger, den Asynchrongeneratoren bezüglich der Investitionen heute gleichzusetzen.

3.2.4.3 Schutzeinrichtungen

Wie bei allen anderen elektrischen und Netzteilen müssen auch hier Schutzeinrichtungen gegen Überlast und Kurzschluss vorgesehen werden. Im Falle eines Kurzschlusses müssen die installierten Schutzeinrichtungen wie Sicherungen, Schütze und Leistungsschalter so dimensioniert sein, dass sie den Generator abschalten können.

Folgende Schutzeinrichtungen können hierfür vorgesehen werden:

3.2.5 Wärmeübertragung

In KWK-Anlagen können die Abwärmeströme mittels Wärmeüberträger in den Nutzwärmekreis eingekoppelt werden. Dadurch sind Nutzungsgrade bis zu 90% möglich. Eingesetzt werden Kühlwasserwärmetauscher und nachgeschaltete Abgaswärmetauscher, um möglichst eine große Wärmenutzung zu bekommen. Sie werden in der Regel in Reihe in die Heizungsanlage eingebunden.

BHKW-Technik 13

3.2.5.1 Kühlwasserwärmetauscher

Eingesetzt werden Rohrbündel- und Plattenwärmetauscher, die als Standartbauteile erhältlich sind. Rohrbündelwärmetauscher haben einen geringen Druckverlust, wo hingegen Plattenwärmetauscher ein geringeres Bauvolumen aufweisen. Die bei schwankenden Volumenströmen und Temperaturen unempfindlichen Plattenwärmetauscher sind aus Edelstahlplatten zusammen geschraubt, die leicht zu reinigen sind. Durch Hinzufügen von weiteren Platten können sie leistungsgerecht angepasst werden. Die genannten Wärmetauscher werden als Gegenströmer eingesetzt. Die maximale Vorlauftemperatur beträgt in der Regel bis zu 95°C, die zu Heizzwecke, zur Brauchwassererwärmung und in anderen Bereichen Verwendung findet.

Um höhere Temperaturen von 115 bis 130°C für Prozesswärme zur Verfügung zu stellen, kann die so genannte „Heißkühlung“ eingesetzt werden. Jedoch darf die Rücklauftemperatur nicht überschritten werden, da sonst eine ausreichende Kühlung des Motors nicht mehr gewährleistet wird. Dies wird durch geeignete Regelelemente (Rücklaufbegrenzungsthermostat, Zusatzkühlung) erreicht. Um Wärmestaus nach Abschalten des Motors zu verhindern, ist ein Nachlauf der Kühlwasser- und Ölpumpen erforderlich.

3.2.5.2 Abgaswärmetauscher

Um die Temperaturen des Abgases von bis zu 650°C zu nutzen, werden Rohrbündel-Wärmetauscher eingesetzt. Sie werden als ein oder mehrzügige Bauteile in geneigt, liegender oder stehender Anordnung installiert.

auf Grund der möglichen Verschmutzung des Wärmeüberträgers muss bei der Auslegung eine gewisse Leistungsreserve berücksichtigt werden. Die Reinigung kann chemisch oder mechanisch erfolgen. Bei Gefahr der Kondensatbildung (Korrosionsprobleme) werden die Rohrbündelwärmetauscher aus Edelstahl hergestellt.

Gerade Abgaswärmetauscher von Dieselmotoren verschmutzen besonders schnell, da sie Rußpartikel im Abgas führen. Hier wurden eigens vollautomatische selbstreinigende Abgaswärmetauscher entwickelt, so dass der ursprüngliche Nachteil gegenüber Gasmotoren nicht mehr besteht. Gleichzeitig werden bei diesem System durch die Funktion des Rußabbrandfilters Schwefeldioxid und Stickoxide an die Rußpartikel gebunden.

3.2.5.3 Abhitzekessel

Der Abhitzekessel kann als reiner Wärmetauscher angesehen werden, wenn ausschließlich die Abgaswärme zurückgewonnen wird. Die hohen Temperaturen von 450 bis 650°C können hier zur Dampferzeugung genutzt werden. Hierbei beträgt der maximale Druck bei Verbrennungsmotoren ca. 5 bar.

Der in den Abgasen enthaltene Restsauerstoff kann als Verbrennungsluft für einen zusätzlichen Brenner im Abhitzekessel verwendet werden. Dieser Restsauerstoffanteil beträgt bei Gas-Magermotoren meistens noch 5 bis 8%, bei Dieselmotoren hingegen noch ca. 12%. Damit lassen sich bei Verbrennungsmotoren rund 0,2 t/h Dampf pro MW elektrischer Leistung erzeugen. Der Preis eines Abhitzekessels mit zusätzlicher Feuerung beträgt 200 bis 500 DM/kW thermischer Leistung.

BHKW-Technik 14

3.2.6 Spitzenkessel

Für eine Motorenanlage sind wesentlich höhere Investitionen im Vergleich zur konventionellen Kesselanlage erforderlich. In der Mehrzahl der Anwendungen ist es daher wirtschaftlicher, den Spitzenwärmebedarf mit einem Heizkessel abzudecken. Da möglichst hohe jährliche Betriebsstunden der BHKW-Aggregate anzustreben sind, wird die Laufzeit des Spitzenkessels entsprechend geringer. Die Kesselanlage muss in vielen Anwendungsfällen bei einer Störung oder Wartung der BHKW-Anlage den gesamten Wärmebedarf abdecken. Wird eine vorhandene Heizungsanlage mit einem BHKW nachgerüstet, so übernimmt der vorhandene Kessel die Funktion des Spitzenkessels, wobei dieser aber zur Verbesserung des Jahresnutzungsgrades mit einem mehrstufigen Brenner versehen sein sollte. Die Spitzenlastabdeckung kann bei größeren Anlagen auf mehrere Kessel unterschiedlicher Leistung verteilt werden.

Das BHKW sollte so dimensioniert sein, dass bei einer Auslegung von 20 bis 60% der maximalen Wärmeleistung je nach Bedarfsstruktur 70 bis 90% der Jahreswärmearbeit abgedeckt werden können.

Bei Kenntnis der Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs kann die Auslegung der Mehr-Modul-Anlage wie in Bild 2.6 graphisch erfolgen (Bei Gasmotoren zwingend erforderlich, weil kein Teillastbetrieb möglich. (bei Heizölmotoren kann ein Modul genügen)

3.2.7 Abgasanlage

Um Schadstoffemissionswerte der TA-Luft einzuhalten, wird dem Verbrennungsmotor z.B. ein Drei-Wege-Katalysator, ein Selektiv-Katalysator oder ein Rußfilter nachgeschaltet.

Durch den Einbau von Absorptions- oder kombinierten Absorptionsreflexionsschalldämpfern in der Abgasführung können die Grenzwerte der TA-Lärm erreicht werden. Bei

BHKW-Technik 15

Mehrmotorenanlagen besteht die Möglichkeit einen Sammelschalldämpfer zu installieren, um eine höhere Geräuschdämpfung zu bekommen.

3.2.8 Steuer- und Regeleinrichtung

Die kleineren BHKW-Anlagen sind im allgemeinen in Niederspannung 400/230 V ausgelegt. Die erforderlichen Schalt-, Steuer-, und Messgeräte werden gemeinsam in einem Schaltschrank untergebracht. Eine elektronische Überwachung und Regelung der BHKW ermöglicht einen vollautomatischen Betrieb. Neben der Steuerung und Betriebsüberwachung der einzelnen Aggregate übernimmt die Leittechnik die Aufgabe der Leistungsregelung des BHKW. Sie koordiniert den Ablauf und Einsatz der Einzelelemente und ist für den wirtschaftlichen Betrieb von großer Bedeutung.

Aufgaben der Leittechnik:

Die Aufgaben werden aus Gründen der Betriebssicherheit auf das Modul- und Zentralleitsystem verteilt.

2.8.1 Modulleitsystem

Das Modulleitsystem ist jeweils für ein Aggregat (Modul) zuständig. Im Schaltschrank sind Geräte und Überwachungsfunktionen wie Strom-, Leistungs- und Temperaturmessgerät, Betriebsstundenzähler, Motortemperaturbegrenzer etc. untergebracht. Die Daten werden über Messwertschreiber und/oder Drucker festgehalten. Der Aufgabenbereich beinhaltet die Durchführung von Start und Abstellung der Aggregate, Betriebsüberwachung und lastabhängige Drehzahlregelung, sowie die Lambda-Regelung bei Drei-Wege-Katalysator- oder Mager-Gemischmotoreinsatz.

2.8.2 Zentralleitsystem

Das Zentralleitsystem ist für die Überwachung, Regelung und Steuerung der Gesamtanlage verantwortlich. Zu den Aufgaben gehören u.a. die Erfassung und Verarbeitung des Wärmbedarfs-und elektrischen Leistungskriterien (Temperaturregelung, Nachtabsenkung. Stromvorrang-, Spitzenstrom- und Notstrombetrieb), Anwahl und Synchronisieren der Aggregate, Ansteuerung der Spitzenkessel, Speicher oder Notkühler.

BHKW-Technik 16

Bei dem vollautomatischen Betrieb der BHKW-Anlage ist eine werktägige Begehung und eine Störmeldeeinrichtung zu einer Zentrale in der Regel ausreichend. Großanlagen mit mehreren Modulen werden mit einer Fernüberwachung ausgerüstet, um einen auftretenden Fehler früh zu erkennen, den Schaden möglichst gering zu halten und somit den Betrieb nicht oder nur kurzzeitig unterbrechen zu müssen.

3.2.9 Wärmespeicher

Das BHKW erreicht den besten Gesamtwirkungsgrad, wenn der Strom- und Wärmebedarf parallel verläuft, d.h. wenn die erzeugte Wärme auch genutzt werden kann. Bei tageszeitlichen unterschiedlichem Strom- und Wärmebedarf kann die Überschusswärme in einen Kurzzeitspeicher eingespeist und bei Bedarf wieder entnommen werden. Ein ständiges Takten der jeweiligen Module wird verhindert, um eine verschleißärmere Fahrweise zu ermöglichen. Der Speicher, der in der Regel Wasser als „Wärmeübertrager“ benutzt, ist parallel zu den Erzeugungseinheiten geschaltet.

In der BHKW-Technik werden überwiegend Verdrängungsspeicher in Zylinderform eingesetzt, die während des Betriebes ständig mit Heizungswasser gefüllt sind. Mit Schwimmbädern ist ein speicherähnlicher Betrieb, der so genannte Pufferbetrieb, möglich. Anfallende Überschusswärme geht nicht verloren, sondern wird in das Beckenwasser eingespeist und erhöht dessen Temperatur nur unwesentlich.

Die Dimensionierung erfolgt in Abhängigkeit der thermischen Leistung des BHKW und der Ladezeit unter Berücksichtigung der nutzbaren Temperaturdifferenz des Speicherinhalts.

Q * t

V =

c * p * (v - v )

V R

Hierbei bedeuten:

Die Warmwasserspeicherkapazität beträgt somit 17,4 kWh/ m ³ ohne Verluste bei einer Temperaturdifferenz von 15 K. Der Preis eines solchen Speichers liegt bei ungefähr 800 DM/ m ³ .

Steht kein Wärmespeicher zur Verfügung, oder ist deren Speicherkapazität erschöpft, übernimmt ein installierter „Notkühler“ die erforderliche Kühlung des Motors und verhindert eine Überhitzung des Aggregats. Somit muss die gesamte Kühlleistung des Motors über den Notkühler

BHKW-Technik 17

abgedeckt werden können. Dieser Luft-Wasser-Wärmetauscher ist mit einem Ventilator ausgerüstet, der die notwendige Luft durch den Wärmetauscher „bläst“.

3.2.10 Elektrische Einbindung an das öffentliche Netz

Die Einbindung an das elektrische Netz erfolgt normalerweise an das vorhandene Niederspannungsnetz auf der 400/230 -Volt -Ebene , nur bei größeren Anlagen über 1MWel erfolgt sie unter anderen an das Mittelspannungsnetz. Die Verlegung einer neuen Leitung direkt zum nächsten Knotenpunkt oder die Installation einer eigenen Trafostation ist nur in wenigen Fällen notwendig, da die vorhandenen Leitungskapazitäten und Transformatoren in der Regel von der Größe her ausreichen. Hierfür sind alle notwendigen Netzüberwachungs- und Schutzeinrichtungen vorzusehen, welche das zuständige Energieversorgungsunternehmen in ihren technischen Anschlussbedingungen (TAB) festgelegt hat. Sollten technisch nicht zu rechtfertigende Einrichtungen verlangt werden, kann eine kartellrechtliche Überprüfung dieser Bedingungen veranlasst werden.

3.2.11 Typische Einsatzgebiete von BHKW’s

Die bei dem Koppelprozess erzeugte Wärme kann für verschiedene Zwecke genutzt werden Die unterschiedlichen Bereiche sind u.a.:

Der Wärme- und Strombedarf muss zeitlich möglichst den gleichen Verlauf aufweisen , damit ein wirtschaftlicher Betrieb des BHKW gewährleistet wird. Auftretende Ungleichmäßigkeiten werden mittels Wärmespeicher überbrückt.

Der klassische Einsatzbereich liegt bei der Niedertemperaturwärmeerzeugung mit Temperaturen unter 100 °C zur Deckung des Heizwärme-, Brauchwasser- sowie Prozesswärmebedarfs mit entsprechend niedrigem Temperaturniveau. Die Verwendung von Verbrennungsmotoren mit der so genannten „Heißkühlung“, die eine Kühlwasser-Temperatur von über 100 °C zulassen, erlauben den Einsatz zur Erzeugung von Prozesswärme auf höherem Temperaturniveau. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Wärmeauskopplung in zwei Heizkreise aufzuteilen. Der Kühlwasser- und der Schmierölwärmetauscher versorgt den Niedertemperaturkreis mit ca. 75 °C warmem Wasser, wobei der folgende Abgaswärmetauscher Niederdruckdampf erzeugt.

^{Energie und Emissionsbilanz} 18

4 Energie und Emissionsbilanzen

4.1 Einleitung

Die Deckung unseres Energiebedarfes ist zum Teil mit erheblichen Umweltbeeinträchtigungen verbunden. Sie sind auf allen Stufen der Versorgungskette festzustellen, von der Gewinnung der Energieträger bis zur Verbrennung , und betreffen praktisch alle Umweltbereiche. (Siehe Bild 3.1.)

Daher sind energiebedingte Umweltbelastungen durch den Einsatz von BHKW-Anlagen vor dem Hintergrund folgender Fragen zu untersuchen: