Atomausstieg, erneuerbare Energien, Energiewende – Schlagworte der heutigen Zeit. Immer weiter steigende Gas- und Strompreise, aber auch Abhängigkeiten von Erdöl-, Gas- und
Stromimporten beunruhigen Bevölkerung und Politik.
Spätestens seit der Katastrophe von Fukushima gibt es in Deutschland einen breiten Konsens in Gesellschaft und Politik für eine Entwicklung weg von Atomkraft und fossilen
Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien, und damit weg von verschmutzenden und Schadstoff emittierenden Kraftwerken sowie Kernkraftwerken hin zu ökologischen
Energiekonzepten.
Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung im Rahmen der sogenannten Energiewende ein langfristiges Energiekonzept beschlossen, welches zum Ziel hat, bis zum Jahr 2050 80 % des benötigten Stroms aus erneuerbaren Energien zu gewinnen. Ein mehr als ehrgeiziger Plan, beträgt doch zurzeit der Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergiebedarf Deutschlands lediglich 22 %1.
Im Fokus der Energiewende der Bundesregierung steht die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme über Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen). Bis zum Jahr 2020 sollen durch solche Anlagen 25 % des deutschen Strombedarfs erzeugt werden.
Um einen Anreiz für die Sanierung oder den Neubau gebäudetechnischer Anlagen zu schaffen, hat die Bundesregierung für KWK-Anlagen, wie z.B. Blockheizkraftwerke (BHKWs),
zahlreiche Fördermaßnahmen beschlossen.
Dennoch bleibt häufig die Frage: Lohnt sich das?
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 NOMENKLATUR
3 STAND DER DINGE
3.1 KWK-Anlagen zur dezentralen Energieerzeugung
3.2 Aktuelle Gesetze, Normen und Richtlinien
4 DAS PRINZIP DER KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG
4.1 Kraft-Wärme-Kopplung
4.2 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
4.3 Thermodynamische Grundlagen
5 BLOCKHEIZKRAFTWERKE
5.1 Der Begriff „Blockheizkraftwerk“
5.2 Größenklassen von BHKWs
5.3 Funktionsweise von BHKWs
5.4 Brennstoffe für BHKWs
5.5 Motoren- und Antriebstechnologien
5.6 Auslegung von BHKWs
5.6.1 Wärmegeführte Auslegung
5.6.2 Stromgeführte Auslegung
5.6.3 Netzgeführter Betrieb
5.7 Netzeinbindung von BHKWs
5.7.1 Einbindung in das Stromnetz
5.7.2 Einbindung in das Heizsystem
5.8 Bewertung von BHKWs
5.9 Förderung von BHKWs
5.9.1 Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWK-Gesetz)
5.9.2 Förderung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
5.9.3 Förderung durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrollen (BAFA)
5.9.4 Einspeisevergütung für KWK-Strom
5.9.5 Steuerbefreiungen / Steuerermäßigungen
5.9.6 Vermeidung von Netznutzungsentgelten
5.9.7 Vergleich: Stromeinspeisung vs. Eigenverbrauch
6 WIRTSCHAFTLICHKEIT
6.1 Allgemeine Verfahren zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit
6.1.1 Statische Rechenmethoden
6.1.2 Dynamische Rechenmethoden
6.2 Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung nach VDI 2067
6.2.1 Gliederung der VDI 2067
6.2.2 Kostengruppen nach VDI 2067 Blatt 1
6.2.3 Rechnerische Nutzungsdauer
6.2.4 Berechnungsgrundlagen zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von BHKW
6.3 Entwicklung eines Excel-Tools zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit
6.3.1 Vorgehensweise zur Berechnung von Kosten und Erlösen
6.3.2 Vergleich von Anlagen und Ergebniszusammenstellung
7 WIRTSCHAFTLICHKEITSANALYSE INSTALLIERTER ANLAGEN
7.1 Grundlagen der Analyse
7.2 Analyse des BHKW im Kreisklinikum
7.3 Analyse des BHKW der Industrieanlage
8 ZUSAMMENFASSUNG
9 QUELLENANGABEN
10 ANHANG
A1 VDI 2067 Blatt 1
A2 KWK-Gesetz
A3 Erneuerbare Energien Gesetz Teil 3 „Einspeisevergütung“
A4 Richtlinie zur Förderung von KWK-Anlagen bis 20kWel
A5 Berechnungsblätter Kreisklinikum
A6 Berechnungsblätter Industriebetrieb
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die ökonomische und ökologische Bewertung von Blockheizkraftwerken (BHKWs) auf Basis der VDI 2067, um zu ermitteln, unter welchen Bedingungen der Einsatz dieser Technologie wirtschaftlich sinnvoll ist. Hierzu wird ein Excel-Tool entwickelt, das eine praxisnahe und abschließende Wirtschaftlichkeitsberechnung ermöglicht, deren Validität anhand von zwei Praxisbeispielen – einem Kreisklinikum und einer Industrieanlage – dokumentiert wird.
- Grundlagen und thermodynamische Prinzipien der Kraft-Wärme-Kopplung.
- Technologische Spezifikationen und Klassifizierung von Blockheizkraftwerken.
- Detaillierte Analyse der Wirtschaftlichkeitsberechnung gemäß VDI 2067.
- Systematische Darstellung aktueller Fördermöglichkeiten und Rahmenbedingungen.
- Anwendungsorientierte Analyse installierter Anlagen in unterschiedlichen Nutzungsszenarien.
Auszug aus dem Buch
4.1 Kraft-Wärme-Kopplung
Unter Kraft-Wärme-Kopplung versteht man die „gemeinsame Bereitstellung von Elektrizität und Wärme (z.B. für Raumheizung und Warmwasser) in einem einzigen technischen Prozess.“
Diese gemeinsame Bereitstellung von Strom und Wärme läuft stets nach dem gleichen Grundprinzip ab. Über Motoren oder Turbinen wird Wärmeenergie in mechanische Energie und weiter in elektrische Energie umgewandelt. Eine vollständige Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie ist jedoch nicht möglich, da jeder technische Prozess Verluste mit sich bringt. Diese Verluste fallen in Form von Abwärme an.
Die prinzipiell anfallende Abwärme wird ausgekoppelt und dient, je nach Temperaturniveau, der Bereitstellung von Nutzwärme zur Gebäudeheizung, der Warmwasserbereitung oder für Prozesswärme im industriellen Bereich.
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung wird aus Abbildung 4 ersichtlich.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Einleitung beleuchtet den Kontext der Energiewende und begründet die Relevanz der Kraft-Wärme-Kopplung sowie die Notwendigkeit einer Wirtschaftlichkeitsanalyse für dezentrale Anlagen.
2 NOMENKLATUR: In diesem Kapitel werden alle verwendeten Formelzeichen und Indizes sowie die zugehörigen Einheiten übersichtlich definiert.
3 STAND DER DINGE: Es erfolgt eine Darstellung des aktuellen Status dezentraler KWK-Anlagen sowie ein Überblick über die maßgeblichen Gesetze, Normen und Richtlinien.
4 DAS PRINZIP DER KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG: Dieses Kapitel erläutert die thermodynamischen Grundlagen der gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme sowie deren Vorteile gegenüber konventionellen Systemen.
5 BLOCKHEIZKRAFTWERKE: Das Kapitel bietet eine tiefgehende Definition von BHKWs, kategorisiert sie nach Leistungsklassen und beschreibt deren Aufbau, Betriebsweise, Brennstoffe sowie verschiedene Antriebstechnologien.
6 WIRTSCHAFTLICHKEIT: Es werden die methodischen Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung (statisch vs. dynamisch) erörtert und die Entwicklung eines Excel-Tools auf Basis der VDI 2067 dokumentiert.
7 WIRTSCHAFTLICHKEITSANALYSE INSTALLIERTER ANLAGEN: Hier erfolgt die praktische Anwendung des entwickelten Rechenmodells an zwei Fallbeispielen: einem BHKW in einem Kreisklinikum und einer Anlage in einem Industriebetrieb.
8 ZUSAMMENFASSUNG: Die Arbeit schließt mit einer zusammenfassenden Bewertung der gewonnenen Ergebnisse und zieht Schlüsse zur Wirtschaftlichkeit von BHKW-Anlagen.
Schlüsselwörter
Blockheizkraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung, VDI 2067, Wirtschaftlichkeitsberechnung, Energiewende, KWK-Gesetz, Dezentrale Energieerzeugung, Amortisation, Anlagentechnik, Primärenergie, Investitionsanalyse, Wärmebedarf, Strombedarf, BHKW-Förderung, Gebäudeautomation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der wirtschaftlichen Bewertung von Blockheizkraftwerken (BHKW) unter Anwendung der VDI-Richtlinie 2067.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentral sind die physikalischen Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung, die technologischen Varianten von BHKWs, die gesetzlichen Rahmenbedingungen und Förderungen sowie die betriebswirtschaftliche Analyse mittels eines neu entwickelten Excel-Tools.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Beantwortung der Forschungsfrage, in welchen Fällen und unter welchen Bedingungen der Einsatz von BHKWs eine ökonomisch sinnvolle und ökologisch vorteilhafte Lösung darstellt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine investitionstheoretische Analyse auf Basis der VDI 2067 durchgeführt, ergänzt durch die Entwicklung eines eigenen Excel-Tools für die Wirtschaftlichkeitsberechnung und die Analyse realer Anwendungsfälle.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische fundierte Betrachtung von BHKW-Technologien und Förderrichtlinien sowie in eine detaillierte Anwendung der Berechnungsmethoden auf zwei spezifische Praxisbeispiele (Kreisklinikum und Industriebetrieb).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Neben der Kraft-Wärme-Kopplung sind dies insbesondere die VDI 2067, Wirtschaftlichkeitsanalyse, BHKW-Förderung und die dezentrale Energieversorgung.
Warum ist die Wahl der Auslegungsstrategie (wärme- vs. stromgeführt) so entscheidend?
Die Wahl entscheidet massiv über die Amortisationszeit, da sie bestimmt, wie viel des produzierten Stroms eigenverbraucht werden kann und ob die Anlage optimal auf den tatsächlichen Energiebedarf des Objekts abgestimmt ist.
Welchen Einfluss hat die Integration einer Absorptionskältemaschine (AKM) auf die Wirtschaftlichkeit?
Eine AKM ermöglicht die Nutzung der Abwärme in den Sommermonaten zur Kühlung, wodurch die Laufzeit des BHKWs im Volllastbetrieb erhöht und die Wirtschaftlichkeit durch eine höhere Eigenstromerzeugung verbessert wird.
- Citation du texte
- Thomas Weimer (Auteur), 2013, Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken nach VDI 2067, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/285170
