Blockheizkraftwerke für Wohngebäude Heinz Horbaschek, Dipl. Ing. (FH) BN Erlangen, Arbeitsgruppe Neue Energie AGNE Teil 1: Grundlagen und Technik Praxisbeispiele Erlangen Daniel Glaser, Dipl. Ing. Optimieren mit System Teil 2: Wirtschaftlichkeit Veranstalter der Vorträge: Initiative “Energiewende ER(H)langen” 29.6.2012, 13.10.2015, 20.1.2016 Homepage : http://www.energiewende-erhlangen.de/ Homepage : http://www.erlangen.bund-naturschutz.de/

seit Jan. 1995 seit Okt. 1998 Im Internet: http://www.erlangen.bund-naturschutz.de/ Email: erlangen@bund-naturschutz.de

Konstruktive, kritische Begleitung von Projekten Was wir tun.. Informationsmaterial Infostände Öffentlichkeitsarbeit Vorträge (u.a. mit VHS) Vorführmodelle Mitarbeit Energiewende ER(H)langen Konstruktive, kritische Begleitung von Projekten kommunale Planungen Bauvorhaben usw. Im Internet: http://www.erlangen.bund-naturschutz.de/ Email: erlangen@bund-naturschutz.de

Gliederung Teil 1 Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung Erlanger Beispiele Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung Erlanger Beispiele

Energieverbrauch Beispielhaushalt in kWh Endenergie Heizung Warm- wasser Licht Primärenergie Denn bei Erzeugung der edelsten Energieform, der Elektrizität, wird sehr viel verschwendet ! Hausgeräte Verluste bei der Stromerzeugung in Großkraftwerken !!!

Also weg von der zentralen Stromerzeugung !!! Alle vorhandenen zentralen Kraftwerke könnten mit der weggeworfenen Abwärme ganz Deutschland heizen! Heizwerk Hausheizung Heizkraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung KWK (BHKW) Kraftwerk ungenutzte Abwärme Eigenverbrauch Verschwendung pur ! Eingestzte Energie 40 % Elektrische Energie

Potential für ein BHKW: Handwerksbetriebe: Autolackierereien, Autowerkstätten, Waschanlagen, Metzgereien, Schreinereien, Gewerbehöfe, Großtankstellen etc. Hotels, Gaststätten, Campingplätze Industriebetriebe: Brauereien, Wäschereien, etc. Kirchen mit Gemeindezentren Verwaltungs-, Bürogebäude Landwirtschaftliche Betriebe , Mehrfamilienhäuser, Häusergruppen Jedes Haus mit Schwimmbad Wohngebiete mit Nahwärmesystemen Schulen, Kindertagesstätten, Freizeitanlagen: Schwimmbäder, Fitnesscenter, Tenniszentren, Sportanlagen Gärtnereien (mehrer Ernten) Krankenhäuser, Ärztehäuser (mit Notstrom), Wohnheime, Altenheime, Studentenwohnheime, Kurkliniken 18. September 2018 Folie 9

D KWK- Anteil der Stromerzeugung in der EU 60% 50 % 40 % 30 % 20 % !0 % D 11%

Ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende und CO2 Reduktion!!! Potential für kleine BHKW kleiner 50 kW (nach izes) Ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende und CO2 Reduktion!!! Install Leistung D 2010: 170 GW; Stromerzeugung 592 Mrd. kWh

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Anlageneffizienz und Energieeinsparung, Beispiel für 10 kWh (1 m3 Gas) 4 kWh Strom minus Verteilungsverluste Zentrales Kraftwerk 6 kWh Verluste 10 kWh Primärenergie Kleineres BHKW 0,8 kWh Verluste, (3. Wärmetauscher) 3,0 kWh Strom 6,2 kWh Heizenergie

Prinzip kleines Block-Heiz-Kraft-Werk (BHKW) mit Hubkolbenmotor Prinzipieller Vorteil: Generator erzeugt Strom und erspart damit höhere Emissionen und Verluste im Kraftwerk Abgase z.B. Öl oder Gas Strom für Einspeisung ins Netz und Eigenverbrauch Pufferspeicher Motor Wärmetauscher

Gasturbine/Generator Brennstoffzelle BHKW Prinzip: Motor/Generator Gasturbine/Generator Brennstoffzelle Erdgas Flüssiggas Biogas Pflanzenöl Bioethanol Heizöl Kohle Holz u.ä. Brennstoffe BHKW KWK Strom Heizenergie Große KWK: Dampfturbine/Generator Gasturbine/Dampfturbine/Generator (GuD)

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CO2 Emissionen bei der Stromerzeugung in g/kWhel

Emissionsvergleich CO2 g/kWh Bei nachwachsenden Rohstoffen mittelfristig Kompensation von CO2 durch nachwachsende Pflanzen

Emissionsvergleich Staub mg/kWh 0 0,01 60 24 24 - 8 6

Emissionsvergleich Stickoxyd NO2 mg/kWh

Emissionsvergleich CHx mg/kWh ?

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Alternativen für Heizungen – ein Überblick Original Fa Alternativen für Heizungen – ein Überblick Original Fa. Giese, modifiziert Wärmepumpe Relativ teuer, nur Neubauten, Auslegungsrisiken Photovoltaik Keine Alternative zur Heizung Gebäudedämmung Relativ teuer, aber ohnehin sinnvoll Brennstoffzelle Mäßiger Wirkungsgrad, erste Serienprodukte Solaranlagen Sinnvoll, ca. 20 % Heizungseinsparung, großer Pufferspeicher nötig Pelletskessel, Hackschnitzel Installationspreise relativ teuer, Platzbedarf, Arbeitsaufwand Umweltbelastend, Holzimporte! Micro-BHKW Oft schlechtes Verhältnis Strom- zu Wärme- Erzeugung Kostenrechnung? Von Fa. Giese, modifiziert

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Vergleich verschiedener BHKW Anlagentypen G u.D (Gas) ab ca. 20 MW - 60 % bis 2 Serie Serie

Feinstaub z.B „Gutschrift“ 17mg/kWh Stromnetz Zentrales BHKW – KWK Erdgas 100 % 50 % 10 % 40 % GuD-HKW Erlangen: Geringe Emissionen – 50% Strom-Wirkungsgrad ! große Einsparung von Emissionen gegenüber zentralen KW Feinstaub z.B „Gutschrift“ 17mg/kWh

Entspricht dem gesamten Stromverbrauch der Privathaushalte Erlangens Erzeugung 2011 ca. 170.000.000 kWh Entspricht dem gesamten Stromverbrauch der Privathaushalte Erlangens Foto Heinz Horbaschek

Beispiel für mittlere KWK- Anlage, 150 kW el (Erlangen) Kosbach, Dengler Foto Hannes Allabauer

Dachs SEplus Leistung (Ein/Aus-Betrieb): 5,5 kW elektrisch (Erdgas, Brennwert) 12,5 kW thermisch Kleines Blockheizkraftwerk (BHKW) probagiert für Einfamilienhäuser, und Zweifamilienhäuser, besser jedoch für Mehrfamilienhäuser : Senertec Blockheizkraftwerk KWE 8P-3 AP, Pflanzenöl, Angebot 24000 Euro, mit Gas wesentlich umweltfreundlicher, Rapsanbau ohnehin stark in der Kritik CO2 Raps total: 148 g/kWh ( Erdgas 200 !) Dreyer: unwirtschaftlich im Sommer insgesamt nicht empfehlenswert Auch KWK bis 1MW sind nicht nach BImSchV zu prüfen Copyright erteilt am 27, 8, 2012 v. Firma Senertec

Mikro-BHKW “WhisperGen” 4- Zylinder Stirlingmotor plus Zusatzbrenner Nel bis 1 kW Nth min 5kW bis 14 kW Gasmotor oder auch Diesel, dänische Firmak, ca 12000 Gerät mit Pufferspeicher Foto Heinz Horbaschek

Klein-BHKW “Vaillant EcoPOWER” Einsatzort Heiz-Energie-bedarf BHKW- System Leistung Details Ein/zwei-familienhaus 15 – 25.000 kWh/a ecoPOWER 1.0 1.0 kW el 2,5 kw th Bis 28,3 kWh mit Spitzenlastkessel mikro- BHKW. Komplettsys-tem, Erdgas, konstante Leisung Kleingewerbe, größeres Haus 25 – 45.000 kWh/a ecoPOWER 3,0 1,5 bis 3,0 kWel 4,7 bis 8,0 kWth Mini-BHKW Individuelle Konfiguration Betrieb mit allen Gasen Gewerbebe-trieb, Mehrfamilienhaus Ab 45.000 kWh/a ecoPOWER 4,7 1,5 bis 4,7el 4,7 bis 12,5 kWth Hotel, Gebäude-komplex Ab 155.000 kWh/a ecoPOWER Kaskade Bis zu 13,1 kWel Bis zu 36,5 kWth Kein Neubau ! Kleinstes Gerät ecoPOWER 1,0 1- Zylinder Ottomotor 1,0 kW elektrisch (26%) 2,5 kW thermisch Mit Spitzenlastheizgerät bis 28,3 kW Teilsaniertes, älteres Einfamilienhaus: thermisch max. 8 kW nötig, davon 30 % vom BHKW !!! Einzylinder Gasmotor, Spitzenlastkessel. Puffer ca. 27000.- 26,3 % elektrisch Gesamt 92 % thermisch 65,7 %

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Die Laufzeit pro Jahr sollte mindestens 5500 Std. betragen Beispiel : nötige Spitzenleistung 43 kW Heizkessel benötigte thermische Leistung in kW Wärme vom BHKW Jährliche Laufzeit in Std. Erzeugter Strom

Die Laufzeit pro Jahr sollte mindestens 5500 Std. im Jahr betragen 2 Leistungsstufen erlauben dabei längere Laufzeiten und erhöhen Eigenstromanteil

Kleines Blockheizkraftwerk, Häusergruppe (BHKW oder Kraftwärmekopplung , KWK) Faustregel: thermische Leistung des BHKW 25- 35 % des max. Wärmebedarfs) Soll-Heizenergie BHKW: über 60 % des Jahresbedarfs 30% Strom Erdgas 62% Wärme Puffer-speicher Schichtladung Spitzenlast-kessel (Gas, Öl...) Heizung

Blockheizkraftwerk – BHKW zur Hausheizung BHKW-Betrieb „wärmegeführt“ Beispiel Einfamilienhaus, 1979, teilsaniert 150 qm: Max Wärmeleistung 9 kW, Jahresverbrauch ca. 20.000 kWh Leistung BHKW thermisch 35% : 3 kW !!! Neubau, KFW 2009, 70% ....... ????? Eigenverbrauch Zusatzheizung (Spitzenlast) Netzeinspeisung BHKW

CO2 Bilanz Stromerzeugung Kraftwerk, KWK(BHKW) ungenutzte Abwärme 600 g/kWh Strom Eingestzte Energie 40 % 220 g/kWh Elektrische Energie

Gasheizung BHKW und Spitzenlastheizkessel 60/40% Einsparung !!! BHKW Abwärme Spitzenlast- heizkessel 40 % 56% (CO2 = 200 g/kWh) CO2 Gesamt CO2 Einsparung !!! Gesamtwärmebedarf „Gutschrift CO2“

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© OpenStreetMap-Mitwirkende

Foto Heinz Horbaschek

Anwesen Rammig mit BHKW 7,5 kW elektr. / 15 kW thermisch Ersatz von bisher 170.000 kWh/a (17.000 qm) Zusätzlicher WW-Boiler Übergabestation für Radiatoren und Fußbodenheizung Übergabestation für Heizung und WW 60° C Alle Übergabestationen: Einstellung der individuell benötigten Heizwassertemperatur dazu Frischwasserstation BHKW Geplant 62.000 th. Gesamtleistung BHKW-Heiz- zentrale

Dreifache Wärmeentnahme zum Kondensationswärmetauscher Kondensat Kondensationswärmetauscher (Brennwert) Heizungs-vorlauf

BHKW- Anlage Rammig Spitzenlast- Gas- Brennwertkessel 7,5 kW elektrisch 15 kW thermisch Fotos Heinz Horbaschek

Foto Heinz Horbaschek

BHKW-Anlage Rammig,, Energator GB 7,5/15, Fa. Giese, Installation Fa. Dörflein Foto Heinz Horbaschek

Verbraucher- Übergabestation Frischwasseraustauscher Kaltwasser Warmwasser Vom BHKW Zum BHKW Foto J. Rammig

Elektrische Einbindung des BHKW Hausanschluss Bei Betrieb des BHKW deckt dieses weitgehend den benötigten Strom der Verbraucher ab Überschuss wird eingespeist Unterdeckung wird bezogen bidirektionaler Zähler BHKW Wärme Strom-Verbrauchseinheiten

Grundsätzliches, Potential Prinzip BHKW Ökologischer Nutzen Einordnung in Heizungssysteme BHKW Varianten Dimensionierung weitere Erlanger Beispiele

Neumühle BHKW

Neumühle Netz: 2.500 m Isopex Rohr 3 Heizkreise 43 Reihenhäuser und Doppelhäuser 5 Objekte Geschosswohnungsbau Ein Nahversorgungszentrum Ein Ärztehaus Ein Freibad Investitionen tragen ESTW Foto Heinz Horbaschek

Neumühle Turbinen: 2 x 126 kW = 252 kW Spitzenkessel: 730 kW Wärmeleistung Turbinen: 2 x 126 kW = 252 kW Spitzenkessel: 730 kW Gesamt: 982 kW   Elektr. Leistung 2 x 65 kW = 130 kW Fotos Hannes Allabauer

Foto Heinz Horbaschek

Grundsätzlich ein wichtiger Baustein für die Energiewende !!! Argumente BHKW (optimiert für die jeweilige Anwendung) Gas ist der ideale fossile Energieträger Das BHKW ermöglicht höchste Energieeffizienz Das Gas- BHKW ist ökologisch positiv Großer Beitrag zur Energiewende und CO2 Minderung Hohe Grundlast für Strom und Wärme optimal Vernetzungskonzepte sind möglich aber: Exakte Dimensionierung notwendig ! ??? Bei kleinen Wohneinheiten oder Neubauten Leistung und Kosten? (ENEV 2009 KFW 70 : Verbrauch nur ca. 50 kWh/m2 a ) Grundsätzlich ein wichtiger Baustein für die Energiewende !!!

Finanzielle Bilanz BHKW Einnahmen: Einspeisevergütung: 5,5 Cent pro kWh Verkaufter Strom: 21,3 Cent/kWh Zuschlag auf den gesamten erzeugten Strom: 5,11 Cent/kWh Mineralölsteuererstattung 0,55 Cent/kWh (5,5 Cent/m3) Zuschlag nach KWK-Gesetz und vermiedenen Netznutzungsentgelten ca. 0,4 – 1,5 Cent/ eingespeiste kWh KfW- Darlehen bzw. Zuschuss Mehrwertsteuererstattung (Anschaffung, Brennstoff) Also prinzipiell: Möglichst mehrere Wohneinheiten, möglichst hohen, konstanten Eigenstromverbrauch und lange Laufzeiten mit möglichst gleichmäßiger Wärmeabgabe! Ausgaben: Investitionskosten Anlage incl. Verteilung (Kleine Anlagen im Verhältniss teuerer) Wartung

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !