In dieser Diplomarbeit ist der mögliche Einsatz eines Blockheizkraftwerkes für die Energieversorgung eines Fünffamilienhaus bzw. Doppelfamilienhaus in Kraft-Wärme-Kopplung ausgearbeitet und auf dessen Wirtschaftlichkeit untersucht worden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufgaben- und Objektvorstellung
3 BHKW-Technik
3.1 Entwicklung der BHKW-Technik
3.2 Grundlagen der BHKW-Technik
3.2.1 Begriffsdefinition
3.2.2 Verbrennungsmotoren
3.2.3 Brennstoffe
3.2.4 Stromerzeugung
3.2.5 Wärmeübertragung
3.2.6 Spitzenkessel
3.2.7 Abgasanlage
3.2.8 Steuer- und Regeleinrichtung
3.2.9 Wärmespeicher
3.2.10 Elektrische Einbindung an das öffentliche Netz
3.2.11 Typische Einsatzgebiete von BHKW’s
4 Energie und Emissionsbilanzen
4.1 Einleitung
4.2 Energieverbrauch und Umweltbelastung
4.3 Primäreinsparung durch BHKW-Technik
4.4 Vorschriften zur Reinhaltung der Luft
4.4.1 Das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
4.4.2 Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm
4.4.3 Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft
4.4.4 Abgasbestandteile von motorischen Verbrennungsprozessen
4.5 Maßnahmen zur Schadstoff-Emissionsminderung
4.5.1 Allgemein
4.5.2 Abgasreinigungssysteme mit Katalysatoren
4.5.3 Einsatz eines Magermischmotors
4.5.4 Resümee
5 Gebäudewärmebedarf
5.1 Normwärmebedarf nach DIN 4701
5.1.1 Transmissionswärmebedarf
5.1.2 Lüftungswärmebedarf
5.1.3 Berechnung des Gebäudewärmebedarfs
6 Bilanzierung des Strombedarfes
6.1 Einführung
6.2 Erfassung des Strombedarfes
6.2.1 Beschreibung des MES-3D-Gerätes
6.2.2 Auswertung der Messergebnisse
6.2.3 Stromverbrauch
7 Kleinst- Motorheizkraftwerk
7.1 Das Senertec-Sachs BHKW
7.2 Erfahrungen und Ergebnisse des Feldversuchstestes in Schleswig-Holstein
8 Planungsdaten
8.1 Auslegung des BHKW
8.2 Zeitlicher Verlauf von Wärme und Strombedarf
9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
9.1 Allgemeines
9.1.1 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit eines BHKW?s
9.2 Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
9.2.1 Methodik
9.2.2 Statischer Rechensatz
9.2.3 Dynamischer Rechensatz
9.2.4 Annuitätenmodell
9.2.5 Jahreskosten einer BHKW-Anlage
10 Umweltbilanz
10.1 Primärenergieverbrauch
10.1.1 Primärenergieverbrauch bei der BHKW-Anlage
10.1.2 Vergleich des Primärenergieverbrauchs
10.2 Emissionen
10.2.1 Emissionssituation beim Kondensationskraftwerkes und der Kesselanlage
10.2.2 Emissionen der BHKW-Anlage
10.2.3 Emissionsvergleich
11 Zusammenfassung/Schlussbetrachtung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht den Einsatz von Kleinst-Blockheizkraftwerken (BHKW) im Wohnungsbau zur dezentralen Energieerzeugung. Ziel ist die energetische, wirtschaftliche und ökologische Analyse der Anlage in einem Fünffamilienhaus und einem Doppelfamilienhaus, um die Potenziale der Kraft-Wärme-Kopplung bei der Energieversorgung sowie bei der Reduktion von Schadstoffemissionen aufzuzeigen.
- Technische Grundlagen und Funktionsweise von Blockheizkraftwerken
- Analyse der energetischen Effizienz und Umweltbilanz
- Methodik zur Bestimmung von Wärmebedarf und Strombedarf
- Durchführung detaillierter Wirtschaftlichkeitsberechnungen
- Sensitivitätsanalyse zur Stabilitätsprüfung der Ergebnisse
Auszug aus dem Buch
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.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung stellt die Bedeutung einer innovativen Energiewirtschaft und rationellen Energienutzung in Deutschland vor und erläutert die Relevanz der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung.
2 Aufgaben- und Objektvorstellung: In diesem Kapitel werden die beiden Mehrfamilienhäuser in Oberhausen hinsichtlich ihrer baulichen Gegebenheiten und ihres spezifischen Wärmebedarfs näher vorgestellt.
3 BHKW-Technik: Dieser Abschnitt beschreibt umfassend die historische Entwicklung, die technischen Grundlagen, Motorsysteme und Komponenten wie Stromerzeuger, Wärmetauscher und Steuerungen von BHKW-Anlagen.
4 Energie und Emissionsbilanzen: Hier wird der Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Umweltbelastung erläutert sowie die gesetzlichen Rahmenbedingungen zur Reinhaltung der Luft und Minderungsmaßnahmen dargestellt.
5 Gebäudewärmebedarf: Dieses Kapitel erläutert die Berechnungsgrundlagen nach DIN 4701 für den Transmissions- und Lüftungswärmebedarf der untersuchten Objekte.
6 Bilanzierung des Strombedarfes: Hier wird die Methodik zur Erfassung des Stromverbrauchs mittels MES-3D-System beschrieben sowie die Auswertung der Messergebnisse der untersuchten Wohnhäuser dargelegt.
7 Kleinst- Motorheizkraftwerk: Dieses Kapitel thematisiert den speziellen Einsatz des Senertec-Sachs-BHKW und fasst Erfahrungen aus einem Feldversuch in Schleswig-Holstein zusammen.
8 Planungsdaten: Hier werden die Auslegungsvarianten (wärmeorientiert, stromorientiert, Hochtarif) sowie die Grundlagen der energetischen Zeitreihen für Wärme- und Strombedarf definiert.
9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen: In diesem Abschnitt werden die finanzmathematischen Methoden zur Rentabilitätsrechnung, die Kostenbestandteile und die spezifischen Wirtschaftlichkeitsberechnungen für die verschiedenen Auslegungsvarianten detailliert aufgeführt.
10 Umweltbilanz: Dieses Kapitel zieht eine Bilanz hinsichtlich des Primärenergieverbrauchs und der Schadstoffemissionen im Vergleich zur konventionellen Energieversorgung.
11 Zusammenfassung/Schlussbetrachtung: Dieses abschließende Kapitel fasst die Ergebnisse der Diplomarbeit zusammen und bietet ein Fazit zur Zukunftsfähigkeit der kleinen KWK-Technik.
Schlüsselwörter
Blockheizkraftwerk, BHKW, Kraft-Wärme-Kopplung, KWK, Energieeffizienz, Emissionsminderung, Wirtschaftlichkeitsberechnung, Strombedarf, Wärmebedarf, Amortisation, Primärenergieverbrauch, Motorheizkraftwerk, Emissionen, Anlagenauslegung, Energiepolitik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht den Einsatz von kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) im Wohnungsbau, wobei insbesondere die energetische, wirtschaftliche und ökologische Analyse bei zwei Mehrfamilienhäusern im Mittelpunkt steht.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themen sind die technische Funktionsweise von BHKW-Anlagen, die Ermittlung des spezifischen Energiebedarfs von Gebäuden, die Bilanzierung von Schadstoffemissionen sowie eine umfangreiche Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, für die untersuchten Wohnhäuser eine wirtschaftlich optimale Auslegung der BHKW-Anlage zu finden und zu bewerten, inwiefern eine dezentrale Energieversorgung Vorteile gegenüber konventionellen Systemen bietet.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden rechnergestützte Programme zur Wärmebedarfsberechnung nach DIN 4701 eingesetzt, sowie eine messtechnische Analyse der Stromverbrauchsstruktur mittels MES-3D-System. Zur Wirtschaftlichkeitsrechnung werden VDI-Richtlinien (VDI 2067) für die Annuitätenmethode genutzt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen der BHKW-Technik, die Energie- und Emissionsbilanzierung, die detaillierte Aufnahme der Bedarfsdaten der Objekte und die umfangreiche Durchführung und Diskussion der Wirtschaftlichkeitsberechnungen für verschiedene Auslegungsszenarien.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Primärenergieeinsparung, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Amortisation und Emissionsminderung charakterisieren.
Wie schneidet die wärmeorientierte Auslegung im Vergleich zu den anderen Varianten ab?
Die wärmeorientierte Auslegung erweist sich als die wirtschaftlichste Variante für beide untersuchten Wohnhäuser, da sie den Wärmebedarf als Führungsgröße nutzt, was zu den günstigsten betriebswirtschaftlichen Ergebnissen führt.
Was zeigt die Sensitivitätsanalyse der Arbeit?
Die Sensitivitätsanalyse untersucht die Stabilität der Wirtschaftlichkeit gegenüber Schwankungen bei Investitionskosten, Wartungsaufwand, Brennstoffpreisen und der Stromvergütung, um das wirtschaftliche Risiko der BHKW-Anlage besser einschätzen zu können.
Welche Rolle spielt die TA-Luft in dieser Untersuchung?
Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) bildet den rechtlichen Rahmen zur Bewertung der Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoranlagen, an deren Anforderungen die BHKW-Konzepte gemessen werden.
- Citar trabajo
- Dipl.-Ing. Rainer Valtwies (Autor), 1997, Einsatz von kleinen Blockheizkraftwerken im Wohnungsbau, ökonomische-, energetische- und ökologische Analysen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185917
