Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der technischen Auslegung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Block-Heizkraftwerk-Anlagen (BHKW). Anhand eines praktischen Beispiels wird der mögliche Einsatz eines BHKW für die Energieversorgung eines Krankenhauses unter technischen, wirtschaftlichen und klimatechnischen Gesichtspunkten untersucht. Bei dem betrachteten Objekt handelt es sich um die Muster-Klinik in Musterhausen. Der Verfasser wählte dieses Krankenhaus für seine Studie aus, da einerseits in seinem Arbeitsbereich bei der XYZ AG ein entsprechender Bedarf für eine neue Energieversorgung bei den Muster-Kliniken vorlag und die Thematik andererseits anhand des ganzjährigen Energiebedarfs von Krankenhäusern gut veranschaulicht werden kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Thema der Diplomarbeit
1.2 Motivation des Verfassers
1.3 Widmung
1.4 Einführung
1.5 Abstract
2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) – Der Weg von der getrennten zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung
2.1 Kondensationskraftwerk
2.2 Thermischer Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses
2.3 Heizkraftwerk
3 Block-Heizkraftwerk-Anlage (BHKW)
3.1 BHKW-Arten
3.1.1 Klein-BHKW
3.1.2 Kompakt-BHKW
3.1.3 Groß-BHKW
3.2 Aufbau, Funktionsweise und technische Überlegungen zur Auswahl von BHKW
3.2.1 Brennstoffe
3.2.2 Motorische Antriebe
3.2.3 Wärmeauskopplung
3.2.4 Generator
3.2.5 Spitzenkessel
3.2.6 Pufferspeicher
3.2.7 Wärme- oder stromorientierte Auslegung
3.2.8 Laufzeit und Lebensdauer
3.2.9 Mehrmodultechnik
3.3 Energieeinsatz und Emissionen
3.3.1 Energieeinsparung, Brennstoffwahl und Schadstoffemissionen
3.3.2 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) und TA Luft
3.3.3 Lärmemissionen
3.3.4 TA Lärm
3.4 Weitere Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien
3.4.1 Dampfturbinen-Heizkraftwerk (DT)
3.4.2 Gasturbinen-Heizkraftwerk (GT)
3.4.3 Gas- und Dampfturbinen-Heizkraftwerk (GuD)
3.4.4 Brennstoffzelle
3.4.5 Stirlingmotor
4 Praktischer Teil
4.1 Analyse des Ist-Zustandes und Ermittlung der relevanten Daten
4.1.1 Die vorhandene Heizkesselanlage
4.1.2 Ermittlung der Auslegungsdaten für das BHKW
4.1.2.1 Wärmebedarf
4.1.2.2 Strombedarf
4.1.2.3 Zusammenfassung der relevanten Daten
4.1.3 Verwendete Messtechnik und Durchführung der Wärmebedarfsmessung
4.1.3.1 Das Durchflussmessgerät FLUXUS ADM 6725
4.1.3.2 Das Datenregistriergerät DX112
4.2 Auslegung der BHKW-Anlage
4.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
4.3.1 Kosten
4.3.2 Gutschriften
4.3.3 Wirtschaftlichkeitsvergleich
4.3.3.1 Neue Kesselanlage ohne BHKW
4.3.3.2 BHKW mit 1 x 50kWel –Modul und neuer Kesselanlage
4.3.3.3 BHKW mit 2 x 50kWel –Modul und neuer Kesselanlage
4.3.3.4 BHKW mit 1 x 65kWel –Modul und neuer Kesselanlage
4.3.3.5 BHKW mit 2 x 65kWel –Modul und neuer Kesselanlage
4.3.3.6 BHKW mit 1 x 120kWel –Modul und neuer Kesselanlage
4.4 CO2-Emissionsminderung
4.5 Zusammenfassung
5 Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit hat zum Ziel, den Einsatz von Block-Heizkraftwerk-Anlagen (BHKW) zur Energieversorgung eines Krankenhauses technisch und wirtschaftlich zu bewerten, um durch eine bedarfsoptimierte Auslegung die Energieeffizienz zu steigern und CO2-Emissionen zu reduzieren.
- Technische Auslegung von BHKW-Anlagen
- Wirtschaftlichkeitsvergleich zwischen verschiedenen Modulgrößen
- Energetische Analyse und Lastgangcharakteristik
- Optimierungspotenziale durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
- Senkung von Betriebskosten und CO2-Emissionen
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Brennstoffe
In BHKW werden überwiegend gasförmige Brennstoffe, in erster Linie Erdgas, eingesetzt. Eine weitaus geringere Anzahl wird mit flüssigen Kraftstoffen betrieben. Aufgrund von Vorteilen, wie den geringen Verbrennungsemissionen und dem gut ausgebauten Verteilungsnetz, ist Erdgas der am häufigsten verwendete Brennstoff. Die Abgase sind heute nahezu schwefel-, ruß- und geruchsfrei. Des Weiteren sind die Lärmemissionen bei erdgasbetriebenen Motoren nur halb so groß wie die eines vergleichbaren Dieselmotors. Ist kein Erdgasanschluss vorhanden, kann je nach Motortyp auch auf Diesel bzw. leichtes Heizöl oder Flüssiggase wie Propan oder Butan zurückgegriffen werden. Es müssen dann allerdings Maßnahmen für die Brennstofflagerung und weiterer Platzbedarf eingerechnet werden, was sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage auswirkt. Als Brenngase werden auch Deponie-, Bio-, Klär- und andere Schwachgase verwendet. Diese spielen allerdings in der BHKW-Technik eine untergeordnete Rolle, da sie nur bei bestimmten Prozessen anfallen und für gewöhnlich nur unmittelbar am Entstehungsort nutzbar sind.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation des Autors, das gewählte Krankenhaus als Fallbeispiel und die Relevanz der Kraft-Wärme-Kopplung im Gesundheitswesen.
2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) – Der Weg von der getrennten zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung: Erläutert die thermodynamischen Grundlagen, das Prinzip des Carnot-Kreisprozesses und die Unterschiede zwischen konventionellen Kraftwerken und Heizkraftwerken.
3 Block-Heizkraftwerk-Anlage (BHKW): Detailliert die technische Funktionsweise, verschiedene BHKW-Arten, Umweltaspekte sowie alternative KWK-Technologien wie Brennstoffzellen und Stirlingmotoren.
4 Praktischer Teil: Beinhaltet die Analyse der Ist-Daten des Krankenhauses, die messtechnische Erfassung der Lastgänge, die detaillierte Auslegung der BHKW-Anlage sowie den anschließenden Wirtschaftlichkeitsvergleich verschiedener Modulkonfigurationen.
5 Schlusswort: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und betont das Potenzial von BHKW zur nachhaltigen Kostensenkung und CO2-Reduktion in Krankenhäusern.
Schlüsselwörter
Kraft-Wärme-Kopplung, BHKW, Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, Krankenhaus, Lastgang, Erdgas, CO2-Emissionsminderung, Thermischer Wirkungsgrad, Energieversorgung, Anlagentechnik, Betriebsoptimierung, Primärenergieeinsparung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Auslegung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Block-Heizkraftwerk-Anlagen (BHKW) für die Energieversorgung eines Krankenhauses.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Arbeit behandelt die KWK-Technik, die Analyse von Energiebedarfswerten (Wärme und Strom), die Anlagenauslegung sowie die ökonomische Bewertung unter Berücksichtigung von Investitions- und Betriebskosten.
Welches ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Ermittlung einer BHKW-Lösung, die für die Muster-Kliniken technisch geeignet ist und die höchste Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitigem CO2-Minderungspotenzial bietet.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Datenerhebung verwendet?
Der Verfasser nutzt Lastgang-Messungen vor Ort, beispielsweise mittels Durchflussmessgeräten (FLUXUS ADM 6725) und Datenregistriergeräten (DX112), um den realen Wärmebedarf zu bestimmen.
Was wird im umfangreichen Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der KWK, die detaillierte Beschreibung der BHKW-Komponenten, die Analyse der IST-Situation des Krankenhauses sowie Berechnungen zur Wirtschaftlichkeit und CO2-Einsparung für verschiedene Modulkonfigurationen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind Kraft-Wärme-Kopplung, BHKW, Wirtschaftlichkeit, Lastgang, Energieeinsparung, CO2-Minderung und Krankenhaustechnik.
Warum wurde ein Krankenhaus als Fallbeispiel gewählt?
Krankenhäuser zeichnen sich durch einen ganzjährigen, konstanten Energiebedarf aus, was sie prädestiniert für den Einsatz von BHKW im Grundlastbetrieb macht.
Welche spezifische BHKW-Kombination empfiehlt der Autor für das Fallbeispiel?
Basierend auf der Wirtschaftlichkeitsrechnung empfiehlt der Autor eine Kombination aus einer neuen Doppelkesselanlage (2 x 820kW) und zwei 65kWel-BHKW-Modulen.
Wie hoch ist die berechnete CO2-Minderung für diese Lösung?
Durch den Einsatz der gewählten Konfiguration ergibt sich eine jährliche Reduzierung von ca. 430 Tonnen CO2 gegenüber der konventionellen Energieversorgung.
- Citar trabajo
- Dipl.-Wirtschaftsingenieur Martin Weiss (Autor), 2005, Technische Auslegung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Block-Heizkraftwerk-Anlagen (BHKW), Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/63640
