Vortrag Prof. Thomas

BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Wirtschaftlichkeit von BHKW in der
Objektversorgung und innovative Ansätze
Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas
Hochschule Reutlingen / RRI
Alteburgstr. 150
72762 Reutlingen
Tel.: 07121/271-7041
Email: bernd.thomas@reutlingen-university.de
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Einführung
BHKW in der Objektversorgung
Innovative Ansätze
Fazit
Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas, wiss. Leiter RRI, Fak. Technik, Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 Reutlingen, www.reutlingen-university.de
Tel. +49 (0)7121 271-7041, Fax +49 (0)7121 271-7004, bernd.thomas@reutlingen-university.de
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
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Motivation
Ressourcenschonung
Minderung der CO2-Emissionen
Einsatz erneuerbarer Energien
+
Energieeffizienz =
sparsamer Einsatz
konventioneller
Energien
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen
Projekte:
 Vergleichende Untersuchung von Mini-BHKW
(mittlerweile 7 Mini und Mikro-BHKW vermessen)
 Bio- und Klärgasverstromung mit Stirlingmotor-BHKW und
Mikrogasturbinen
 Intensivmessprogramm am Biogas-BHKW Unterer Lindenhof
 Bestimmung des Primärenergiefaktors für das
BHKW EC Power XRGI 15G-TO
 Planungsrechnungen für den Einsatz von Mini und MikroBHKW in Ein- und Mehrfamilienhäusern
BHKW in der Objektversorgung
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Forschungsthema BHKW an der Hochschule Reutlingen
Literatur:
 „Mini-BHKW – noch zu groß für Ein- und Zweifamilienhäuser ?“
eBWK Bd. 60 (2008) Nr. 6
 „Der Primärenergiefaktors für Blockheizkraftwerke“,
BWK Bd.62 (2010) Nr.3
 “Mini-Blockheizkraftwerke - Grundlagen, Gerätetechnik,
Betriebsdaten“, Vogel-Verlag, Würzburg, 1.Aufl., 2007
Mitgliedschaften:
 VDI Fachausschuss Mikro-KWK sowie Richtlinienausschuss VDI 4656 „Planung und Dimensionierung von
Mikro-KWK-Anlagen
 Leitung des Arbeitskreises DEZENT am WM BW
BHKW in der Objektversorgung
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KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Warum sind BHKW nicht Standard i. d. Heizungstechnik ?
Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb von BHKW:
• guter elektrischer Wirkungsgrad
• hohe jährliche Laufzeit
• geringe Anschaffungs- und Wartungskosten
Mehrfamilienhäuser,
kleine Gewerbebetriebe etc.
Einfamilienhäuser
BHKW in der Objektversorgung
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Anwendung von BHKW in Mehrfamilienhäusern etc.
• guter elektrischer Wirkungsgrad
 > (27) 30%
• hohe jährliche Laufzeit  Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a
• geringe Anschaffungs- und
Wartungskosten
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH
Laufzeiten – thermische und elektrische Deckungsgrade
Strombedarf
Wärmebedarf
MFH 1
14 WE
32.092 kWh/a
84.201 kWh/a
MFH 2
34 WE
78.123 kWh/a
190.930 kWh/a
MFH 3
48 WE
101.479 kWh/a
252.853 kWh/a
 Bedarfsprofile nach VDI 4655
 Stromoptimierter Betrieb der BHKW
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW in MFH
Laufzeiten – thermische und elektrische Deckungsgrade
BHKW
Elektr. Leistung
Therm. Leistung
Dachs
5,5 kW
13,5 kW*
EC Power
15,2 kW
30 kW
Höfler
25 kW
47 kW
Comuna Metall
52 kW
97 kW
* Mit Kondensor
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2
MFH 2
34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a
EC Power
Höfler
therm. Deckungsgrad / %
120
100
80
60
40
20
0
1000
2000
3000
4000
5000
Speichervolumen / l
6000
7000
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2
MFH 2 34 WE Wel = 78123kWh/a
EC Power
Qheiz = 190930kWh/a
Höfler
Betriebszeit BHKW / h
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
Speichervolumen / l
6000
7000
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2
MFH 2
34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a
direkte Deckung Strom / kWh/a
EC Power
Höfler
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
1000
2000
3000
4000
5000
Speichervolumen / l
6000
7000
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 2
MFH 2
34 WE Wel = 78123kWh/a Qheiz = 190930kWh/a
EC Power
Höfler
Stromeinspeisung / kWh/a
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
1000
2000
3000
4000
5000
Speichervolumen / l
6000
7000
BHKW in der Objektversorgung
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KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1
MFH 1 14 WE Wel = 32092kWh/a
EC Power
EC Power mod.
Qheiz = 84201kWh/a
Dachs m. Kond.
Höfler
therm. Deckungsgrad / %
120
100
80
60
40
20
0
0
500
1000
1500 2000 2500 3000
Speichervolumen / l
3500
4000
4500
BHKW in der Objektversorgung
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KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1
MFH 1
14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a
EC Power
EC Power mod.
Dachs m. Kond.
Höfler
7000
Betriebszeit BHKW / h
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
500
1000
1500 2000 2500 3000
Speichervolumen / l
3500
4000
4500
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1
MFH 1
14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a
direkte Deckung Strom / kWh/a
EC Power
EC Power mod.
Dachs m. Kond.
Höfler
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
500
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Speichervolumen / l
BHKW in der Objektversorgung
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Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 1
MFH 1
14 WE Wel = 32092kWh/a Qheiz = 84201kWh/a
EC Power
EC Power mod.
Dachs m. Kond.
Höfler
Stromeinspeisung / kWh/a
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
500
1000
1500 2000 2500 3000
Speichervolumen / l
3500
4000
4500
BHKW in der Objektversorgung
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KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3
MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a
EC Power
Qheiz = 252853kWh/a
Comuna Metall
Höfler
therm. Deckungsgrad / %
120
100
80
60
40
20
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Speichervolumen / l
7000
8000
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3
MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a
EC Power
Qheiz = 252853kWh/a
Comuna Metall
Höfler
Betriebszeit BHKW / h
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Speichervolumen / l
7000
8000
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3
MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a
direkte Deckung Strom / kWh/a
EC Power
Qheiz = 252853kWh/a
Comuna Metall
Höfler
4000
5000
6000
Speichervolumen / l
7000
90000
80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
1000
2000
3000
8000
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Planungsrechnungen für Mini-BHKW – MFH 3
MFH 3 48 WE Wel = 101479kWh/a
Stromeinspeisung / kWh/a
EC Power
100000
90000
80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
1000
2000
3000
Qheiz = 252853kWh/a
Comuna Metall
4000
5000
6000
Speichervolumen / l
Höfler
7000
8000
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Anwendung von Mini-BHKW in Mehrfamilienhäusern etc.
• guter elektrischer Wirkungsgrad
 > (27) 30%
• hohe jährliche Laufzeit  Grundlastbetrieb, > 5000 Bh/a
• geringe Anschaffungs- und
Wartungskosten
 < 2000-4000 €/kWel
Wartungsintervall: 8000h
Problem: Stromeinspeisung oder Selbstnutzung ?
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2
Gebäude: MFH 2, 34 WE, Strombedarf: 78.123 kWh/a
Wärmebedarf: 190.930 kWh/a
BHKW: EC Power XRGI 15G-TO (15,2 kWel, 30 kWth)
Pufferspeicher 2000 Liter
Berechneter Betrieb (auf Basis Referenzlastprofile VDI 4655):
jährliche Betriebszeit: 5882 h/a
thermische Deckung: 91,0 %
elektrische Deckung: 73,1 %
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Wirtschaftlichkeitsrechnung BHKW in MFH 2
Szenario 1: Nutzung des erzeugten elektrischen Stroms zu
73,1% im Objekt
(Tarif: ca. 16 ct/kWhel (netto) + 5,11 ct/kWhel)
Amortisation nach 6,3 Jahren (ohne Zuschuss)
Szenario 2: komplette Rückspeisung des erzeugten elektrischen
Stroms
(Tarif: ca. 3,876 ct/kWhel + 5,11 ct/kWhel +
0,5-1 ct/kWhel)
keine Amortisation möglich
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Anwendung von BHKW in Einfamilienhäusern
• guter elektrischer Wirkungsgrad
10 - 20%
• hohe jährliche Laufzeit
nur bei kleinen therm.
Leistungen (< 7 kW)
• geringe Anschaffungs- und
Wartungskosten
Lösungsmöglichkeiten ?
> 6.500 €/kWel
Innovative Ansätze
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
1. Stirlingmotor-BHKW
Stirlingmotor-BHKW haben das Potenzial
für niedrige Wartungskosten (kein
Ölwechsel)
Freikolben-Stirlingmotoren können
wartungsfrei betrieben werden.
Quelle: WhisperTech Ltd.
Problem: (noch) hohe Herstellungskosten
Weitere Infos:
3. dt. Stirlingkongress auf der CEP in
Stuttgart (Neue Messe) am 25.2.2010
Quelle: SenerTec GmbH/
Baxi Group
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
2. Biomasse-Stirlingmotor-BHKW
Aufgrund der äußeren Wärmezufuhr
können Stirlingmotoren mit beliebigen
Brennstoffen (u.a. Holzhackschnitzel
und Holzpellets) betrieben werden.
Herstellungskosten,
Verbrennungsverfahren ?
Quelle: Sunmachine GmbH
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
3. Mikro Gas-Ottomotor-BHKW
Gas-Ottomotor-BHKW auf der Grundlage von
(Groß)Serienmotoren
z.B. Honda Ecowill (1 kWel, 2,8 kWth)
in Japan und USA über 60.000 Stück
installiert
Lebensdauer, Wartungsaufwand ?
Quelle: Honda Motor Co., Ltd.
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
4. Brennstoffzellen-BHKW
Brennstoffzellen-BHKW bieten
höchste elektrische Wirkungsgrade
im kleinsten Leistungsbereich.
z.B. BlueGenTM von CFCL Ltd.
(2 kWel, 1 kWth)
Zelldegradation,
Herstellungskosten ?
Quelle: CFCL Ltd.
BHKW in der Objektversorgung
5. Februar 2010
KEA / Energieagentur Regio Freiburg
Fazit
• Mini-BHKW sind technisch ausgereift und bieten eine
signifikante Primärenergieeinsparung
• Die breite Markteinführung von Mini-BHKW kann gelingen,
wenn:
 in Mehrfamilienhäusern der eigene Verbrauch des
erzeugten Stroms ermöglicht wird.
 für Einfamilienhäuser Geräte mit gutem elektrischen
Wirkungsgrad und geringen Anschaffungs- und
Wartungskosten erhältlich sind.