asue-bhkw-grundlagen-2010

5/12/2018 asue-bhkw-grundlagen-2010 - slidepdf.com

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BHKW–Grundlagen



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Inhalt

4 Betriebsweise von BHKW-Anlagen ..........16

· Wärmegeführte Betriebsweise

· Stromgeführte Betriebsweise

· Kombiniert wärme- und stromgeführte Betriebsweise

5 Emissions- und Immissionsvorschriften ........20

· Bundesimmissionsschutzgesetz

· Emissionsgrenzwerte der TA-Luft

· Immissionsrichtwerte der TA-Lärm

6 Planung und Auslegung ...........................26

· Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs

· Lastgang des Strombedarfs

· Zukünftige Änderungen des Wärme- und Strombedarfs

· Modulare Anlagenkonzeption

1 Einleitung .....................................................4

· Konventione e Energieversorgung

· Alternative Kraft-Wärme-Kopplung

· Stand der KWK-Stromerzeugungin Deutschland und der EU

· Ziel: 25 % KWK-Anteil in 2020

· Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung

in Blockheizkraftwerken

2 Hohe Effizienz und geringe Emissionen .....8

Systemvorteile von BHKW· Brennstoffeinsparungen

· Emissionsverringerungen

3 Komponenten von BHKW ........................10

· Antriebsmotoren

· Auskopplung der Abgas- und Kühlwasserwärme· Stromerzeugung und elektrische Netzanbindung



3

7 Wirtschaftlichkeit von BHKW ...................32

· Kapita ge un ene Kosten

· Betriebsgebundene Kosten

· Verbrauchsgebundene Kosten

· Strombezugskosten

· Kostenverringern e Erstattungen un Vergütungen

· Resultierende Einsparungen

· Amortisation

· Betreibermodelle

8 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele ....38

· Gebäudebeheizung

· Krankenhäuser

· Hallenbäder und beheizte Freibäder

· Erdgasentspannungsanlagen

· EDV-Zentren

· Gewerbe- und Industriebetriebe

· Kläranlagen

9 Referenzprojekte .......................................42

· BHKW für ein EDV-Zentrum der E.ON Ruhrgas AG

· Mobiles BHKW der Stadtwerke Rinteln GmbH

· BHKW zur Wärmeversorgungeiner Wohngebäudeanlage in Laatzen

· BHKW in der Energiezentrale derLWL-Klinik Lippstadt

· Mikro-BHKW mit Stirling-Motorfür Einfamilienhäuser

10Weitere Informationen .............................46



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Einleitung1

Konventionelle Energieversorgung

Bei er onventione en Energieversorgung wer en inder Regel Strom und Wärme getrennt voneinander

erzeugt. Der Strom wird überwiegend zentral ingroßen Kondensationskraftwerken unter Einsatz vonSteinkohle, Braunkohle oder Kernenergie produziertund über Fernleitungen an die Verbraucher geliefert.Diese Art der Erzeugung ist stets mit hohen Wärme-verlusten verbunden, da am Ende des Prozesses gro-ße Mengen von Kondensationswärme bei niedrigenTemperaturen ungenutzt an die Umgebung abgeführtwerden. Darüber hinaus entstehen Übertragungsver-luste auf dem Weg vom Kraftwerk bis zur Steckdose

des Verbrauchers.

Die von den Verbrauchern benötigte Heizwärme,Wärme zur Trinkwassererwärmung sowie auch Pro-zesswärme in er In ustrie wer en im A gemeinenverbrauchernah oder durch die Verbraucher selbstunter Einsatz fossiler Brennstoffe in Kesselanlagenerzeugt. Dabei können heute mit modernen undrichtig ausgelegten Anlagen hohe Nutzungsgradeund entsprechend geringe Verluste erzielt werden.

Betrachtet man die dargestellte Form der getrenntenStrom- und Wärmeversorgung zusammengefasst,so ergeben sich aufgrund der hohen Stromerzeu-gungsverluste keine zufriedenstellenden Gesamt-nutzungsgra e.

Alternative Kraft-Wärme-Kopplung

Zu einem esseren Erge nis odurch Anwendung der Kraft-Wä

Kopplung (KWK), bei der manauf höherem, für die Verbrauchrem Temperaturniveau gewinntsonst hohen Wärmeverluste derStromerzeugung vermeidet. AufWeise wird beispielsweise in grzentralen Heizkraftwerken mittelStrom und Heizwärme gleichzeiziert und über Strom- und Fernwtungen an die Verbraucher gelie

Heizkraftwerke lassen sich erfahmäß jedoch nur für die VersorguBa ungszentren mit urzen Wegden Verbrauchern wirtschaftlichben, da die Wärmelieferung übStrecken besonders hohe Investitteure Fernwärmenetze erforderli

Die Vorteile der KWK lassen sicdezentralen, verbrauchernahenheizkraftwerken (BHKW) realisi

denen aufwendige Wärmenetzlen. Einsatzgebiete sind beispielWohngebäude, öffentliche Einrisowie Gewerbe- und IndustriebMit Blockheizkraftwerken kannein großes KWK-Potential erschlwerden, das mit großen zentralkraftwerken nicht erreichbar ist.



5



6

In den 27 Ländern der EU wurde im

Jahr 2008 in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen Strom in Höhe von insgesamtrund 370 TWh erzeugt. Auf Deutsch-land entfällt hiervon der weitaus größteBeitrag mit 21,5 % (siehe Abbildung 1).

Allerdings ist der Anteil von KWK-Stroman der Gesamtstromerzeugung nochverhältnismäßig gering. Europaweit lagim Jahr 2008 der Prozentsatz für KWK-Strom bei 11 %, in Deutschland bei12,5 %. Die höchsten KWK-Stromantei-le erreichen Dänemark und Finnland(siehe Abbildung 2).

Anteil KWK-Strom in 2008 an der Gesamtstromerzeugungin einzelnen Ländern in Prozent

Datenquelle: Eurostat

0

27 EU-Länder

Dänemark

Finnland

Deutschland

10 20 30 40

11,0

46,1

35,6

12,5

Abb. 1

Abb. 2

Stand der KWK-Stromerzeugung in Deutschland und der EU

Die 3 größten Beiträge zur KWK-Stromerzeugung in 2008 in der EUin Prozent; 27 Länder insgesamt 370,1 TWh

21,5 Deutschland

Niederlande

Italien

übrige Länder9,8

8,2

60,5

Datenquelle: Eurostat



7

Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplungin Blockheizkraftwerken

Die vorliegende Broschüre bietet dem Leser grund-legende Informationen über die Kraft-Wärme-

Kopplung speziell in dezentralen Blockheizkraft-werken. Dabei stehen BHKW mit Verbrennungsmo-oren im Vordergrund, da sie im Bereich kleinerund mittlerer Leistungen den weitaus häufigstenAnwendungsfall darstellen. Es wird jedoch auchauf BHKW mit anderen Antriebsaggregaten, wie.B. Gasturbinen oder auch Stirling-Motoren und

Brennstoffzellen, hingewiesen.

u Beginn werden in einem Vergleich mit der kon-

ventionellen, getrennten Strom- und Wärmeerzeu-ung die durch BHKW erzielbaren Brennstoffein-sparungen un Emissionsverringerungen quantita-iv ausgewiesen. Eine technische Beschreibung vonBHKW-Anlagen und deren Komponenten vermitteltauch dem Nichtfachmann Verständnis für die Funk-ion und Betriebsweise dieser Anlagen. Die zu be-achtenden Emissionsvorschriften und die verfügba-ren technischen Maßnahmen zu deren Einhaltungwerden zusammenfassend dargestellt und die we-sentlichen Fragen im Zusammenhang mit der Pla-

nung un Aus egung von BHKW erörtert. Am Bei-spiel einer Wirtschaftlichkeitsrechnung wird deut-lich gemacht, welche Kosten mit der Errichtung unddem Betrieb von BHKW verbunden sind, welcheKosten eingespart werden können und wie sich ge-setzliche Fördermaßnahmen auswirken. Schließlichwerden erfolgreich ausgeführte Praxisbeispiele vor-estellt, die auch die Vielfalt der Anwendungsfor-

men zeigen.

Ziel: 25 % KWK-Anteil in 2020

Aufgrund hoher Nutzungsgrade lassen sich durchKraft-Wärme-Kopplung in erheblichem Umfang

ossile Brennstoffe einsparen. Gleichzeitig ist damiteine deutliche Verringerung von Schadstoff- undCO2-Emissionen verbunden, dies gilt in besonderemMaße bei Einsatz des umweltfreundlichen Brennstof-es Erdgas.

Die Kraft-Wärme-Kopplung hat deshalb aktuell vordem Hintergrund der globalen Klimaveränderungeine besondere Bedeutung, da hiermit ein wichtigesInstrument zur Erreichung der gesetzten Klima-

schutzziele zur Verfügung steht. Die Bundesregie-rung at sic energie- un imapo itisc zum Zieesetzt, durch geeignete Maßnahmen den Anteil

der Kraft-Wärme-Kopplung bei der Stromerzeugungauf 25 % bis zum Jahr 2020 zu erhöhen. Die Mo-dernisierung und Neuerrichtung von KWK-Anlagenwir eispie sweise im Ra men es neuen KWK-Ge-setzes 2009 gefördert. Dieses Gesetz sowie auchweitere Regelungen machen den Betrieb von KWK-Anlagen heute wirtschaftlich attraktiv.

Darüber hinaus wächst zur Zeit in der Bevölkerungaus Sorge vor zune men en o a en Beastungenür die Gesundheit der Widerstand gegen die Er-richtung neuer fossil befeuerter Großkraftwerke. Auchdie ungeklärte Entsorgungsfrage von verbrauchtenradioaktiven Brennelementen aus Kernkraftwerkenmindert die Akzeptanz für eine Betriebsver ängerungder bestehenden Anlagen. Die Voraussetzungenür eine breite gesellschaftliche Zustimmung für denAusbau der Kraft-Wärme-Kopplung sind daher inder aktuellen energiepolitischen Situation gegeben.



8

Die hier zugrunde gelegten BHKW-Anlagen

beinhalten im Wesentlichen die Komponenten:• Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat• Generator zur Stromerzeugung sowie• Wärmeübertrager zur Wärmeauskopplung.

Technische Einzelheiten werden in Kapitel 3 er-läutert. Verbrennungsmotoren stehen in einemweiten Leistungsbereich von ca. 1 kW bis zumehreren 1000 kW Antriebsleistung für denEinsatz in BHKW zur Verfügung. Im Bereichkleinerer Leistungen kommen Otto-Motoren undim Bereich größerer Leistungen Otto- und Zünd-strahlmotoren zum Einsatz. Die elektrischenWirkungsgrade von BHKW reichen nach Artdes Motors und der Leistung von ca. 30 %bis über weit über 40 %, die thermischen Wir-kungsgrade liegen in einem Bereich von etwa50 % bis 60 %.

Für einen Systemvergleich zwischen konventio-ne er, getrennter Strom- un Wärmeerzeugung

und Kraft-Wärme-Kopplung in einem BHKWhinsichtlich Brennstoffverbrauch und Schadstoff-emissionen wird beispielhaft ein häufig instal-liertes BHKW in der Leistungsklasse von etwa200 W e e trisc er Leistung un erEinsatz von Erdgas zugrunde gelegt. Bei derkonventionellen Systemvariante werden Stromin einem Kohlekraftwerk und Wärme in einemKessel unter Einsatz von Heizöl EL erzeugt.

Brennstoffeinsparungen

Für den Systemvergleich wurden die nachfolgend dargestelltenmittleren Nutzungsgrade zugrunde gelegt.Elektrischer Nutzungsgrad Kohlekraftwerk: 38 %Elektrische Übertragungsverluste: 2 %Thermischer Nutzungsgrad Konventioneller Heizkessel: 90 %Elektrischer Nutzungsgrad Erdgas-BHKW: 36 %Thermischer Nutzungsgrad Erdgas-BHKW: 51 %.

In Abb. 3 sind in Form eines Sankey-Diagramms die resultierendenNutzenergieanteile und Verlustanteile für beide Systeme im Vergleichdargestellt. Um die Endprodukte Strom und Wärme in gleicher Höhezu produzieren, ist im Fall der getrennten Erzeugung ein erheblichgrößerer Brennstoffenergieeinsatz als im Fall des BHKW erforderlich,und zwar im Verhältnis 157 zu 100. Für das BHKW resultiert darauseine Primärenergieeinsparung in Höhe von 36 %. BHKW sind dem-nach ein besonders geeignetes Instrument für eine sparsame Verwen-dung der nur begrenzt verfügbaren fossilen Energieträger.

2Hohe Effizienz und geringe Emissionen – Systemvorteile von BHKW

36 %

70 % Verluste 13 %

157 %Energieeinsatz 100 %

55 %Effizienz 87 %

100 %100 %

57 %

DezentralesBHKWErdgas62 %

6 %2 % elektrischeÜbertragungsverluste

KonventionellerHeizkesselη= 90 %

getrennte ErzeugungSystemvergleich BHKW

51 %

Einsparung um100 %Primärenergie 36,0 %

KraftwerkKohleη= 38 %

MotorWärmeübertrager Generator

Abb. 3



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Emissionsverringerungen

Die Primärenergieeinsparungen, die durch Einsatz eines BHKW erreichtwerden, haben gleichzeitig eine Verringerung von CO2- und Schadstoff-emissionen zur Folge. Darüber hinaus kommen die Vorteile des Erdgasesegenüber anderen Brennstoffen zum Tragen. Erdgas verbrennt staubfrei

und ohne Schwefeldioxidemissionen. Die bei jeder Verbrennung von fossilenBrennstoffen auftretende Stickoxidbildung kann in einem BHKW durch ge-eignete Maßnahmen (siehe Kapitel 5) besonders effektiv reduziert werden.

Außerdem ist die spezifische CO2-Bildung bei der Verbrennung von Erdgasdeutlich geringer als bei anderen Brennstoffen. In Abb. 4 ist die CO -Bi -

dung bezogen auf den Brennstoffeinsatz für verschiedene Brennstoffe imVergleich dargestellt; Erdgas erreicht mit Abstand den niedrigsten Wert derspezifischen CO2-Bildung bei der Verbrennung.

CO2-Bildung bei der Verbrennung fossiler Energieträger

in kg CO2/kWh Brennstoffeinsatz (Hi)

0,40Braunkohle

Quelle: Schlussbericht der Enquetkommission des Deutschen Bundestages„Schutz der Erdatmosphäre“, Oktober 1994

Steinkohle

Heizöl schwer

Heizöl leicht

Erdgas

0,33

0,28

0,26

0,20

Emissionsentlastung bei Erdgaseinsatz in einem BHKW gegenüber getrennter Strom- und Wärmeerzeugungmit Steinkohle und Heizöl EL

Entlastung um:

Schwefeldioxid SO2

Stickoxide NOx

Staub

Kohlendioxid CO2

98,5 %

29 %

99 %

58 %

In Abb. 5 ist schließlich die Emissionsentlas-ung bei Erdgaseinsatz in einem BHKW ge-enüber der getrennten Strom- und Wär-

meerzeugung mit Steinkohle und Heizöl ELdargestellt. Während Staub und SO bei ei-nem Erdgas-BHKW praktisch keine Rolle spie-len, wird hinsichtlich der NOx-Emissioneneine Entlastung von mehr als einem Viertelerreicht. Die Entlastung in Höhe von fast 60 %ei en CO -Emissionen urc as BHKW ist

insbesondere vor dem Hintergrund der dis-kutierten Maßnahmen zum Klimaschutzbeeindruckend.

Abb. 4 Abb. 5



10

Bei den in BHKW eingesetzten Verbren-nungsmotoren kleinerer und mittlererLeistungen handelt es sich vielfach ummodifizierte Otto- und Dieselmotoren ausder Serienfertigung für PKW und LKW.Dieselmotoren werden bei Verwendung

von Erdgas als Brennstoff in der Regelauf Ottobetrieb mit Fremdzündung um-gerüstet, da bei den im Allgemeinenniedrigen Erdgasdrücken eine kontrol-lierte Selbstzündung nicht erreicht wird.

3Komponenten vom BHKW

Die Betriebsweise von

Verbrennungsmotoren istbei Einsatz in Fahrzeu-

gen und in BHKW-Anla-gen sehr unterschiedlich.

Fahrzeugbetrieb

ge Lastwechsel und verhältnismäßig kurze Phasen mit konstanter Leistung. Aufgrunddieser Anforderungen erreichen Fahrzeugmotoren Laufzeiten von insgesamt nichtmehr als 3.000 – 4.000 Stunden.

Rund ein Drittel der zugeführten Brennstoffenergie wird als Antriebsenergie zur Fortbe-wegung genutzt, der Rest entfällt auf die über den Auspuff entweichende Abgaswär-me sowie auf die Motorabwärme, die mit dem Kühlwasser über den Kühler ungenutztan die Umgebung abgeführt werden muss, damit die zulässige Betriebstemperaturdes Motors nicht überschritten wird. Lediglich für die PKW-Beheizung wird an kaltenTagen ein Teil der Motorabwärme genutzt.

BHKW-Anlagen mit großen elektrischen Leis-tungen von etwa 1 MW und darüber arbeitenhäufig mit Schiffsdieselmotoren Um en o enmechanischen irkungsgrad des Motors imDieselbetrieb nutzen zu können, wird ein gerin-ger Brennstoffanteil (ca. 5 %) mit hohem

Druck als Zündbrennstoff zugeführt, entwe-der Zündöl über Hochdruckeinspritzpumpenoder hochverdichtetes Erdgas (wie von MANneuerdings realisiert). Dadurch gelingt es,die Selbstzündung des Hauptbrennstoffes,

zuösen un en Diese-n.

Antriebsmotoren

Quelle: GE Jenbacher GmbH & Co OHG



11

Mit Verbrennungsmotoren großer Leistung erreichen BHKW-Anlagenhöhere elektrische Wirkungsgradeals im Bereich kleinerer Leistungen.

Die Wirkungsgrade von modernen BHKW mit unterschiedlich großenAntriebsmotoren sind für die verschiedenen Leistungsklassen beispielhaftin Abb. 6 dargestellt. Eine umfassende Zusammenstellung wesentlicher

Daten der von Herstellern angebotenen BHKW-Anlagen enthält die ASUE-Broschüre „BHKW-Kenndaten 2010“.

BHKW

Die Motoren werden in der Regel stationär mit konstanter Leistung betrieben und häufige Starts so-wie Lastwechsel möglichst vermieden. Durch diese gleichförmige, schonende Betriebsweise errei-hen BHKW-Motoren Laufzeiten je nach Motorleistung zwischen etwa 30.000 und 100.000 Stun-

den, bis eine Generalüberholung oder ein Motoraustausch erforderlich wird. Dabei erreichen Moto-ren größerer Leistung in der Regel längere Laufzeiten.

Der größte Teil der Abgaswärme sowie die mit dem Kühlwasser ausgetragene Motorabwärmeeinschließlich Schmierölwärme wird über Wärmeübertrager ausgekoppelt und als Nutzwärmeum Beispiel für Heizzwecke genutzt. Auf diese Weise werden hohe Gesamtwirkungsgrade

durch die gleichzeitige Nutzung der mechanischen (bzw. elektrischen unter Einbeziehung desGenerators) und der thermischen Energie in BHKW erreicht.

0 20 40 60 80

5

50

237

402

1063

2433

elektrischeLeistung in kW

Wirkungsgrad in %

elektrisch

26 63

34 56

35 56

38 52

41 46

43 43

89

90

91

90

87

86

thermisch gesamt

Wirkungsgrade von BHKW mit unterschiedlichen Leistungen

ur Leistungssteigerung der Motorenwerden Turbolader entweder zur Aufla-dung der Verbrennungsluft oder zur Auf-ladung des Brennstoff-Luft-Gemischeseingesetzt. Entsprechend werden dieBezeichnungen Luftaufladung und Ge-

mischaufladung verwendet. Bei der Luft-aufladung wird das Erdgas mit der be-reits komprimierten Verbrennungsluft zu-sammengeführt, so dass entsprechendhohe Erdgasdrücke erforderlich sind,die bei Anlagen mit großen Leistungenhäufig zur Verfügung stehen. Bei kleine-ren Anlagen wird die Gemischaufla-dung angewendet. Durch Aufladungwird eine größere Zylinderfüllung undamit eine entsprec en e Leistungser ö-

hung erreicht.

Abb. 6



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Wie bereits erwähnt, setzt sich dieNutzwärme eines BHKW zusammenaus der Abgaswärme und der mittelsKühlwasser ausgekoppelten Motorab-wärme. Die Anteile von Abgaswärmeund Kühlwasserwärme sind bei Moto-ren kleiner und großer Leistung unter-schiedlich. In Abb. 7 sind die Wärme-anteile für zwei verschieden große Mo-toren dargestellt. Bei kleinen Motoren

überwiegt die Kühlwasserwärme, beiGroßmotoren sind die Wärmeanteileetwa gleich groß. Abb. 7 zeigt auch anzwei Beispielen die Nutzwärmeanteilebei Gasturbinenanlagen, die aus-schließlich aus den Abgasen gewon-nen werden. Im Vergleich mit demkonventionellen Kohlekraftwerk wirdnoch einmal die sehr gute Brennstoff-nutzung bei der Kraft-Wärme-Kopp-ung eut ic .

Die Abgaswärme steht auf einem Tem-peraturniveau von etwa 500 °C zurVerfügung und kann grundsätzlich zurDampferzeugung in einem Abhitzekes-sel, wie im Fall von Gasturbinenanla-en üblich, genutzt werden. Bei den

Ver rennungsmotoren erreic t asotorkühlwasser eine Temperatur von

etwa 90 °C. Für eine getrennte Nut-ung beider Wärmeanteile sind daher

wei unabhängige Sekundärkreisläufemit einem entsprec en en tec nisc enAufwand erforderlich. Die getrennteAuskopplung beider Wärmeanteilebleibt aus wirtschaftlichen GründenBHKW-Anlagen mit großen Leistungenvorbehalten.

Bei Anlagen mit geringerer Leistungoder generell, wenn eine getrennte Wär-meauskopplung nicht erforderlich ist,werden Abgaswärme und Kühlwasser-wärme über Wärmeübertrager an einengemeinsamen sekundären Wasserkreis-lauf übertragen (siehe Abb. 8). DieAustrittstemperatur des Sekundärkreis-laufes liegt im Allgemeinen bei 90 °C,die Eintrittstemperatur bei 70 °C. Auf-

grund dieses Temperaturverhältnisseses se un ären Kühlkreislaufes sindBHKW-Anlagen besonders für die wär-meseitige Einbindung in Heizungssyste-me zur Gebäudebeheizung undBrauchwassererwärmung geeignet.Einsatzgebiete sind zum BeispielWohn- und Geschäftsgebäude, Kran-kenhäuser, Bäder, Schulen, Verwal-tungsgebäude, sonstige öffentliche Ein-richtungen sowie Gewerbe- und Indust-

rieobjekte.

Gasmotor140 kW

Energieanteile in %

Gasmotor3,4 MW

Gasturbine200 kW

Gasturbine5,5 MW

Kohlekraft-werk

elektrischeNutzenergie

Nutzwärme ausMotorkühlung

Nutzwärmeaus Abgas Verluste

Brennstoffnutzung bei Gasmotor- und GasturbinenanlagenAnlagen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung

36 33 22 9

44 22 21 13

19 56 25

31 49 20

36 64

Abb. 7 Abb. 8

Auskopplung der Abgas- und Kühlwasserwärme

Verbrennungs-motor

Erdgas

Kühlwasser

Sekundärer Kühlkreislauf

86 °C

Abgas

Kamin

570 °C

100 °C

80 °C 90 °C

70 °C 83 °C

Abgas-Wärmetauscher

135 kW

Kühlwasser-Wärmetauscher

237 kW

Wärme-verbraucherz.B. Heizung

Auskopplung der Abgas- und Kühlwasserwärme in einem BHKW Beispiel BHKW mit 237 kW elektrischer Leistung

Generator237 kW



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Durch die sogenannte Heißkühlungvon Motoren sind auch höhere Tempe-raturen von z. B. 120 °C und 90 °Cam Austritt und Eintritt des sekundärenKühlkreislaufes darstellbar. BHKW mitheißgekühlten Motoren können daherauc o ne Trennung es se un ärenKühlkreislaufes zur Erzeugung vonNiederdruckdampf und damit für dieProzesswärmeversorgung in den Berei-

chen Gewerbe und Industrie eingesetztwer en. Beispiele für Einsatzgebietesind hier Wäschereien, Kliniken, Nah-rungsmittelindustrie.

In der Regel verlassen die Motorabga-se den Wärmeübertrager mit einerTemperatur von ca. 120 °C. In einemzusätzlichen Edelstahlwärmeübertra-ger können die Abgase weiter bis un-terhalb des Taupunktes abgekühlt wer-

den, wobei der in den Rauchgasenenthaltene Wasserdampf kondensiert.Durch Nutzung der Kondensationswär-me kann der thermische Wirkungsgradder BHKW-Anlage um ca. 5 Prozent-punkte erhöht werden. Die Anwendungdieser sogenannten Brennwertoptionerfordert einen entsprechenden Wär-mebedarf auf niedrigem Temperaturni-veau. Zum Beispiel kann bei hohem

Brauchwasserwärmebedarf das Frisch-wasser vor Eintritt in den Speicherbe-hälter in einem Brennwertwärmeüber-trager vorgeheizt werden.

n besonderen Anwendungsfällen wird diebgaswärme direkt, d.h. ohne Übertragung

auf einen Sekundärkreislauf, genutzt. Ein Bei-spiel sind Ziegeleien im Bereich der Baustoff-industrie, die Abgase aus BHKW-Anlagenunmittelbar in Trocknungskammern zur Zie-e troc nung einsetzen önnen. Der erzeugtetrom findet für Maschinenantriebe bei Form-ebung und Transport Verwendung.

in anderes Anwendungsbeispiel für direktebgasnutzung ist die CO2-Düngung in Gärt-nereien Durch Eintragen von entsprechendereinigten Motorabgasen in die Gewächs-äuser wird das im Abgas enthaltene CO2

ür eine Intensivierung des Pflanzenwuchsesenutzt. Die aus den Wärmeübertragern

ausgekoppelte Wärme wird zur Beheizungder Gewächshäuser eingesetzt. Der erzeugtetrom kann für die Assimilationsbeleuchtungenutzt werden.

Quelle: Sokratherm GmbH Energie- und Wärmetechnik



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Der Synchrongenerator ist hinsichtlichder Bauart technisch aufwändiger underfordert beispielsweise eine Synchroni-siereinrichtung zur Anpassung an die je-weilige Frequenz des anzubindendenNetzes. Andererseits ist er in der Lage,

Blindleistung sowohl zu beziehen wieauc a zuge en un ann a er urcBlindleistungskompensation zur Reduzie-rung oder Vermeidung von Blindleis-tungskosten beitragen. Weiterhin benö-tigt der Synchrongenerator beim Starteine Frem erregung urc ein Netz

oder eine Startvorrichtung, im Inselbe-trieb arbeitet er mit konstanter Frequenzund er eignet sich besser als Aggregatfür die Notstromversorgung. Bei den

meisten BHKW-Anlagen kommen Syn-chrongeneratoren zum Einsatz.

Zur Stromerzeugung kommen in BHKW-Anlagen Generato-ren sowohl in Synchron- wie auch in Asynchronbauweisezum Einsatz. Asynchrongeneratoren sind von einfachererBauart, wartungsärmer und daher kostengünstiger als Syn-chrongeneratoren. Sie benötigen jedoch beim Start eineFremderregung, die im Normalfall durch das anzubinden-

de Netz erfolgt. Bei der Netzanbindung synchronisiert sicher Async ronmotor automatisc an ie Frequenz es Net-

zes und erfordert keine besonderen Synchronisierungsein-richtungen. Er bezieht allerdings Blindleistung aus demNetz, so dass gegebenenfalls nach den jeweiligen techni-schen Anschlussbedingungen des Energieversorgungsunter-ne mens (EVU) B in eistung ompensiert wer en muss,z. B. durch die Installation einer Kondensatorbatterie. Erfah-rungsgemäß ist dies bei Generatorleistungen von mehr als100 kWerforderlich, so dass Asynchronmotoren nur beiBHKW-Anlagen mit kleiner Leistung eingesetzt werden. Da-

rüber hinaus sind für einen sogenannten Inselbetrieb, d.h.Betrieb ohne die Anbindung an ein öffentliches Netz, Start-vorrichtungen erforderlich und Schwankungen der Stromfre-quenz in Kauf zu nehmen.

Stromerzeugung und elektrische Netzanbindung



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Die jeweils in Betracht kommende Betriebs-weise ist unter anderem abhängig von denwirtschaftlichen Konditionen einer Netzein-speisung und den Kosten für Zusatzstrombe-zug und muss im Rahmen der BHKW-Pla-nung sorgfältig analysiert werden. Der in

BHKW-Anlagen mit kleinen elektrischen Leis-ungen erzeugte Strom ann eim Netzpar-allelbetrieb im Allgemeinen direkt in dasNiederspannungsnetz des Verteilnetzbetrei-bers (VNB) eingespeist werden. Bei mittlerenLeistungen erfolgt die Übertragung in derNie erspannungssammesc iene er näc s-en Trafostation. Erst bei Generatorleistun-en ab ca. 1 MW wird in der Regel einetromeinspeisung in das Mittelspannungs-

netz des VNB in Betracht kommen.

Die zum reinen Inselbetrieb alternative Betriebs-weise von BHKW-Anlagen ist der sogenannteNetzparallelbetrieb Dabei ist das BHKW mitdem öffentlichen Stromnetz verbunden und dererzeugte Strom wird• vollständig ins Netz eingespeist oder

• vollständig für die Deckung des Eigenstrombe-darfs genutzt und gegebenenfalls zusätzlicherStrombedarf durch Bezug aus dem Netz ge-deckt oder

• je nach Verlauf des Eigenstrombedarfs teilwei-se ins Netz eingespeist und teilweise für dieEigenstrombedarfsdeckung genutzt.

In sensiblen Bereichen, wie z. B. Kranken-

häusern und EDV-Anlagen, werden für denFall von Unterbrechungen der öffentlichenStromversorgung Notstromaggregate vorge-halten, die ausschließlich im Störungsfallkurzzeitig in Betrieb gehen und für die be-sondere Anlaufbedingungen gelten. BHKW-Anlagen können zusätzlich zu ihrem norma-len Betrieb mit entsprechender elektrotechni-scher Ausrüstung auch die Funktion von Not-stromaggregaten übernehmen. Hierzu sindEntkopplungseinrichtungen mit Überwa-

chung von Spannung, Frequenz und Kurz-zeitunterbrechungen erforderlich. Durch dieNotstromausstattung von BHKW-Anlagenkönnen die Kosten der Notstromversorgungreduziert werden.



16

4

16

BHKW-Anlagen werden im Allge-meinen für lange Laufzeiten mit Voll-last konzipiert, um einen wirtschaft-lichen Betrieb zu erreichen. Dabeiist eine genaue Anpassung an enStrom- und Wärmebedarf der an-geschlossenen Abnehmer erforder-lich. Für diese Aufgabe sind BHKWmit entsprechenden Steuer- und Re-gelgeräten ausgerüstet. Man unter-

scheidet zwischen folgenden Be-triebsweisen von BHKW-Anlagen:• wärmegeführte Betriebsweise• stromgeführte Betriebsweise• kombiniert wärme- und

stromgeführte Betriebsweise.

Wärmegeführte Betriebsweise

Bei der rein wärmegeführten Betriebsweise folgt dieBHKW-Anlage ausschließlich der Wärmeanforde-rung durch die angeschlossenen Verbraucher. Beider Beheizung von Gebäuden ist beispielsweise dieAußentemperatur die den Wärmebedarf bestim-mende Größe. Um lange BHKW-Laufzeiten inner-halb eines Jahres zu erzielen, ist in diesen Fällendie Leistung des BHKW so zu bemessen, dass eineüber viele Stunden des Jahres konstant vorhandeneGrundlast des Wärmebedarfs abgedeckt werdenkann. Oberhalb dieser Grundlast wird in der Regelein Spitzenlastkessel zur weiteren Wärmebedarfs-deckung eingesetzt. Kurzfristige Schwankungen derWärmegrundlast, z.B. aufgrund der überlagertenWarmwasserversorgung, können zur Aufrechterhal-ung eines konstanten BHKW-Betriebs durch folgen-de Maßnahmen kompensiert werden:

• Reduzierung der Motorleistung und/oder• Einsatz eines Wärmespeichers.

Betriebsweise von BHKW-Anlagen



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Die Re uzierung er Motoreistung ist mit ei-ner Verringerung des elektrischen Wirkungs-grades verbunden, so dass im Allgemeinendie Leistungsreduzierung auf 60 % der Nenn-leistung mit einer Wirkungsgradeinbuße voneinigen Prozentpunkten (herstellerabhängig)begrenzt wird. Durch Wärmespeicher ge-lingt es, bei konstanter Leistung der BHKW-Anlage kurzfristige Lastspitzen und Lasttief-punkte auf der Verbraucherseite meistens imTagesverlauf des Wärmebedarfs zu kompen-sieren. Der Einsatz eines Wärmespeichers er-fordert jedoch zusätzliche Investitionen undmuss in jedem Einzelfall hinsichtlich des wirt-schaftlichen Nutzens überprüft werden. InAbhängigkeit vom Profil der Wärmelast-schwankungen kann auch eine Kombination

von Reduzierung der Motorleistung und Wär-mespeichereinsatz zur Lastregelung desBHKW in Betracht kommen.

Bei der rein wärmegeführten Betriebsweise des BHKWwird der erzeugte Strom in das öffentliche Netz einge-speist und ggf. in Abhängigkeit vom Strombedarf desBetreibers zur Deckung des Eigenstrombedarfs genutzt.In jedem Fall ist stets eine ausreichend große Senke zurAufnahme des erzeugten Stromes vorhanden, so dassder Strom keine Führungsgröße für den Betrieb desBHKW ist.

Die wärmegeführte Betriebsweise ist der häufigste Anwen-dungsfall für BHKW-Anlagen. Anwendungsbeispiele sind:• Wärmeversorgung einzener Wo nge äu e,• Nahwärmeversorgung von mehreren Wohngebäuden,• Wärmeversorgung von öffentlichen Einrichtungen

(Schulen, Verwaltungsgebäude),• Wärmeversorgung von Krankenhäusern,• Wärmeversorgung von Betrie sge äu en im

Gewerbe und in der Industrie,• Prozesswärmeversorgung in Gewerbe und Industrie.



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Stromgeführte Betriebsweise

Die rein stromgeführte Betriebsweise von BHKW-Anlagenist ein eher seltener Anwendungsfall. Hierbei ist der Stromdie Führungsgröße bei der Lastregelung des BHKW und essteht eine jederzeit ausreichend große Senke zur Aufnahmeder erzeugten Wärme zur Verfügung. Beispielsweise kön-nen Energieversorgungsunternehmen, die auch ein Fern-wärmenetz betreiben, ein BHKW zur Optimierung ihres ei-genen Strombezugs einsetzen. Bei zeitweilig besonders ho-hen Stromnetzauslastungen kann ein BHKW in Betrieb ge-nommen werden, um den Einkauf von teuren Stromspitzenvom Vorlieferanten zu vermeiden oder zu verringern. DasStromlastprofil des EVU bestimmt in diesem Fall allein denEinsatzzeitpunkt des BHKW, das Fernwärmenetz ist dannin der Lage, die im BHKW erzeugte Wärme jederzeit auf-zune men. Im A gemeinen wir urc iese Art er Be-triebsführung keine große BHKW-Auslastung erreicht. DieWirtschaftlichkeit des BHKW-Einsatzes resultiert allein aus

Einsparungen durch die Optimierung des Bezugsprofilsbeim Stromeinkauf oder auch durch Ausnutzen vonSchwankungen des Börsenpreises für Strom.



19

Eine kombiniert wärme- und stromgeführteBHKW-Betriebsweise kann beispielsweise un-ter bestimmten Voraussetzungen für ein Kran-kenhaus in Betracht kommen. Das BHKWwird in diesem Fall zunächst wie bei Wärme-führung für die Deckung der Wärmegrundlastkonzipiert und die Wärmeanforderung als 1.Führungsgröße für die Lastregelung desBHKW festgelegt. Typisch für Krankenhäuserist ein regelmäßig wiederkehrender Verlaufdes täglichen Strombedarfs, der gekenn-zeichnet ist durch eine konstante Stromgrund-last und einem überlagerten Lastprofil wäh-rend des täglichen Krankenhausbetriebes.Bei der Dimensionierung eines BHKW-Aggre-gates kommt es zunächst darauf an, einenmöglichst hohen Anteil der Wärmegrundlast

und der Stromgrundlast gleichzeitig abzude-cken und dabei eine hohe Auslastung desBHKW, d.h. eine hohe Anzahl an Vollbenut-

Kombiniert wärme- und stromgeführte Betriebsweise

Großkunden der Energieversor-gungsunternehmen hatten bisher inder Regel für ihren StrombezugGrundkosten, Arbeitskosten nachverschiedenen Tarifzonen sowieLeistungskosten zu zahlen. Auf-grun er Li era isierung er Ener-giemärkte gehen heute EVU undVNB zunehmend dazu über, auchihren Großkunden aus Wettbe-werbsgründen übersichtliche undeinfach strukturierte Lieferkonditio-nen ohne Tarifzonen und Leis-tungsverrechnung anzubieten.Eine wie hier dargestellte stromge-führte Betriebsweise mit geringererBHKW-Auslastung wird unter die-

sen Randbedingungen kaum wirt-schaftlich realisierbar sein.

zungsstunden innerhalb eines Jahres zu errei-chen. Ein zweites Aggregat könnte nun strom-geführt zum Einsatz kommen, um den Spitzen-strombedarf während der Krankenhausbetriebs-zeiten teilweise abzudecken. Die erzeugteWärme wird dabei zur Deckung des mittlerenLast ereic es in Zeiten mit entsprec en emWärmebedarf genutzt und in Zeiten mit gerin-gerem Wärmebedarf zur Aufladung einesWärmespeichers eingesetzt. Diese Betriebswei-se wird erfahrungsgemäß nur dann wirtschaft-lich sinnvoll sein, wenn die Bezugskosten fürden Spitzenstrom höher sind als für den Grund-laststrom, da das zweite Aggregat geringereVollbenutzungsstunden als das erste erreichtund daher zum Ausgleich höhere Stromgut-schriften durch Verringerung des teuren Spitzen-

strombezugs einfahren muss. Ähnliche Verhält-nisse liegen auch in verschiedenen Bereichendes Gewerbes und der Industrie vor.



20

Bundesimmissionsschutzgesetz

Zum Schutz der Bevölkerung vor schädlichen Belastungendurch Luftverunreinigungen, Geräusche und andere Einflüs-se at er Gesetzge er 1974 as Bun esimmissionssc utz-gesetz (BImSchG) erlassen, das 2002 neugefasst und zu-letzt 2009 geändert wurde. Die Struktur des Gesetzes mitseinen dazugehörigen Verordnungen und Verwaltungsvor-schriften ist in Abb. 9 dargestellt. Von den insgesamt achtTeilen des Gesetzes befasst sich der zweite Teil mit der Er-richtung und dem Betrieb von Anlagen. Dieser zweite Ge-setzesteil behandelt in § 4 bis § 21 die genehmigungsbe-

dürftigen Anlagen und in den Folgeparagrafen § 22 bis§ 25 die nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen.

In Ergänzung zu iesem Gesetz wur en zur seiner Kon re-tisierung Durchführungsverordnungen erlassen. In der4. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) werdenAnlagen aufgelistet, die im Sinne des Gesetzes genehmi-gungsbedürftig sind. Dort sind auch Verbrennungsmotoran-agen un Gastur inenanagen zur Erzeugung von Stromund Wärme mit Feuerungswärmeleistungen von 1 MWund darüber aufgeführt. Dementsprechend sind diese Anla-

gen mit Feuerungswärmeleistungen von weniger als 1 MWnicht genehmigungsbedürftig im Sinne des Gesetzes.

In Abb. 10 ist für Verbrennungsmo-tor- und Gasturbinenanlagen die je-weilige Zuordnung zu Verordnungenund Vorschriften abhängig von derFeuerungswärmeleistung dargestellt.Verbrennungsmotoranlagen fallen abeiner Leistung von 1 MW genereunter die Technische Anleitung zurReinhaltung der Luft (TA-Luft), eineVerwaltungsvorschrift für bestimmte,

in der 4. BImSchV genannte, geneh-migungsbedürftige Anlagen. Gastur-binenanlagen ab 1 MW bis unter-halb von 50 MW fallen ebenfalls un-ter die TA-Luft. Für große Gasturbi-nenanlagen ab 50 MW Feuerungs-wärmeleistung ist die 13. BImSchV,die sogenannte Großfeuerungsanla-genverordnung (GFAVO) relevant.Anlagen dieser Leistungsklasse fallenaus em Ra men er vor iegen en

Broschüre und sind dem Bereich derHeizkraftwerke zuzuordnen.

5Emissions- und Immissionsvorschriften

Bundesimmissionsschutzgesetz BImSchG (8 Teile)

2. TeilErrichtung

und Betriebvon Anlagen

TA-Luft TA-Lärm

genehmigungsbedürftige Anlagen§ 4 – § 21

nicht genehmigungsbedürftige Anlagen§ 22 – § 25

13. BlmSchVGFAVO

Großfeuerungs-Anlagen-

verordnung

4. BlmSchVVerordnung übergenehmigungs-

bedürftigeAnlagen

1. BlmSchVKFAVO

Kleinfeuerungs-Anlagen-

verordnung

Abb. 9



21

Für BHKrungswäAnfordeFür klein1 MW edie konkSchadstmigungszwar dirungsanl

sie enthäzeugungVerbrenanlagenzit behadings indürftigerungengelegt.zu ergreTechnik

gungenmeidengrenzen.

Zuordnung von BHKW-Anlagen im Rahmen des BlmSchG

< 1 MW ≥ 1 bis > 50 MW ≥ 50 MW

Verbrennungs-motoranlagen

Gasturbinen-anlagen

Nicht genehmigungs-bedürftige AnlagenUmweltverpfl ichtungnach § 22 BlmSchG

Genehmigungsbedürftige Anlagennach 4. BlmSchV

Feuerungswärmeleistung:

Abb. 10

TA-LuftkeineRechtsverordnung

keineRechtsverordnung

TA-Luft

TA-Luft 13. BlmSchV



22

Emissionsgrenzwerte der TA-Luft

Die für BHKW-Anlagen mit Verbrennungsmotorenund Gasturbinen bei Einsatz von Erdgas relevantenEmissionsgrenzwerte der TA-Luft sind in der unten ste-henden Tabelle zusammenfassend dargestellt. BeiErdgas-Einsatz spielen ausschließlich die Schadstoff-komponenten Kohlenmonoxid und Stickoxide eineRolle, Emissionen von Schwefelverbindungen undtaub sind hierbei aufgrund der Zusammensetzung

des Erdgases ohne Bedeutung. Bezüglich der Emissi-onsgrenzwerte für andere Brennstoffe wie Heizöl,

Biogas, Klärgas oder Grubengas sei auf die Ab-schnitte 5.4.1.4 und 5.4.1.5 der TA-Luft verwiesen. Bei den Maßnahmen zur Einhaltung der Emissions-renzwerte der TA-Luft unterscheidet man zwischen

Primärmaßnahmen und Sekundärmaßnahmen.Durch Primärmaßnahmen wird versucht, den Ver-brennungsprozess zu beeinflussen, um unzulässigechadstoffemissionen zu vermeiden. Durch Sekun-

därmaßnahmen wird nach dem Verbrennungspro-ess ein Abbau von entstandenen Schadstoffemissi-

onen erreicht.

tickoxide in hoher Konzentration werden beson-ers ei o en Temperaturen im Ver rennungsraum

gebildet. Durch konstruktive Maßnahmen kann derVerbrennungsablauf beeinflusst und dadurch bereitsdie Stickoxidbildung verringert werden. Eine ausrei-chende Begrenzung der Verbrennungstemperaturund schließlich die Einhaltung des Stickoxidgrenz-wertes der TA-Luft erzielt man beispielsweise durchErhöhung der Verbrennungsluftzufuhr.

Für den vollständigen Ablauf einer Verbrennung istVerbrennungsluft in einer genau definierten Mengeerforderlich. Eine stöchiometrische Verbrennung liegtvor, wenn gerade die theoretisch notwendige Men-ge Luft zugeführt wird. Dieser Fall ist durch das soge-nannte stöchiometrische Verhältnis Lambda λ = 1gekennzeichnet, wobei Lambda für das Verhältnisvon tatsächlich zugeführter Luft zu der theoretischnotwendigen Luft steht. Durch Erhöhung der zuge-ührten Verbrennungsluftmenge deutlich über das stö-chiometrische Verhältnis auf Lambda λ = 1,8 bis 2,2,

teilweise auch darüber, kann eine Begrenzung derVerbrennungstemperatur und damit eine Verringe-rung der Stickoxidbildung bis unter die zulässigenWerte erreicht werden. Nach diesem Prinzip arbei-tende Otto-Motoren sind als sogenannte Magergas-motoren auf dem Markt erhältlich. Zur Vermeidungunzulässig hoher Emissionen von KohlenmonoxidCO und Kohlenwasserstoffen HC werden Magermo-toren Oxidationskatalysatoren für den Abbau der zu-

Emissionsgrenzwerte der TA-Luft für Verbrennungsmotor- und Gasturbinenanlagen bei Erdgas-Einsatz

* Bei Gasturbinen im Solobetrieb mit Wirkungsgraden von mehr als 32 %erhöht sich der NOx-Grenzwert entsprechend der prozentualen Wirkungsgraderhöhung

Verbrennungs-motoranlagen

Gasturbinenanlagenab 70 % Last

Bezugswert für den Sauerstoffgehalt im Abgas 5 % 15 %

CO Kohlenmonoxid 300 mg/m 100 mg/m

Ox Stickoxide 5 mg/m3*

- Zündstrahlmotoren und Magergasmotoren 500 mg/m3

- sonstige Viertakt-Otto-Motoren 250 mg/m3



23

letzt genannten Schadstoffe nachgeschaltet. Eine Alternative zu Oxidati-ons ata ysatoren ist ie t ermisc e Nac ver rennung, ei er urcAufheizung der Abgase die CO- und HC-Bestandteile reduziert wer-den. Eine Anlagenkomponente zur thermischen Nachverbrennung wirdbeispielsweise von GE-Jenbacher als Regenerativ-Wärmeübertrager an-geboten. Magermotoren kommen in allen Leistungsklassen, insbeson-dere jedoch im Bereich höherer Leistungen oberhalb von etwa 500 kWzum Einsatz.

Eine stärkere Reduktion von Schadstoffen im Abgas erreicht man mit

Hilfe der sogenannten 3-Wege-Katalysatoren. Die Bezeichnung resul-tiert aus der Eigenschaft der verwendeten Katalysatoren, die dreiSchadstoffkomponenten Stickoxide, Kohlenmonoxid und Kohlenwas-serstoffe gleichzeitig zu reduzieren. Hohe Konversionsraten werdenbei diesem Verfahren nur in einem sehr engen Bereich des Luftverhält-nisses Lambda von knapp unter Lambda λ = 1 erzielt. Zur Einhaltungeines kleinen Lambda-Fensters wird der Sauerstoffgehalt im Abgas mit-tels einer Sonde kontinuierlich gemessen und als Regelgröße für dieEinstellung des Erdgas-Luft-Verhältnisses benutzt. Im kleinen und mittle-ren Leistungsbereich hat sich der geregelte 3-Wege-Katalysator auf-grund der hohen Abscheideleistung weitgehend durchgesetzt.

Bei großen BHKW-Anlagen, die nicht mit Magermotoren ausgerüstetsin , son ern eispiesweise mit Zün stra motoren, wir as soge-nannte SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) zur Reduktion vonStickstoffoxiden eingesetzt. Wie auch die Bezeichnung zum Ausdruckbringt, werden bei diesem Verfahren Katalysatoren verwendet, dieselektiv, d.h. ausschließlich Stickoxide reduzieren können. Hierbei istgleichzeitig die Zugabe eines geeigneten Reduktionsmittels erforderlich.Verwendet werden Ammoniak oder auch wässrige Harnstoff-Lösungen,die einfacher zu handhaben sind. Bei diesem Verfahren fallen außerden Kosten für die Anlagentechnik und die Katalysatoren zusätzlicheBetriebsmittelkosten für das Reduktionsmittel an. Da das SCR-Verfahrengezielt zur Stickoxid-Abscheidung angewendet wird, sind zusätzlicheMaßnahmen für den Abbau von Kohlenmonoxid und unverbranntenKohlenwasserstoffen erforderlich, wie beispielsweise der bereits er-wähnte Einsatz von Oxidationskatalysatoren.

Bei Gasturbinenanlagen gelingt es heute, durch sogenannte Primär-maßnahmen die Emissionsgrenzwerte der TA-Luft einzuhalten. DieBrennkammern der Gasturbinenaggregate werden beispielsweise kon-struktiv mehrstufig gestaltet, um Temperaturspitzen während der Ver-

brennung zu glätten und auf diese Weise die Stickoxidbildung zu ver-ringern. Damit umgeht man die sonst übliche Eindüsung von Wasser indie Brennkammern zur Vermeidung unzulässiger Stickoxidemissionen.



24

Immissionsrichtwerte der TA-Lärm

Zum „Schutz der Allgemeinheit und der Nachbar-schaft vor schädlichen Umwelteinwirkungenurc Geräusc e“ at er Gesetzge er im Ra -

men des BImSchG die Technische Anleitung zumchutz gegen Lärm (TA-Lärm) als Verwaltungsvor-

schrift erlassen. Sie gilt sowohl für genehmigungs-bedürftige als auch für nicht genehmigungsbe-dürftige Anlagen und enthält Immissionsrichtwerteür Geräuschimmissionen von in Betrieb befindli-hen Anlagen, die nicht überschritten werden dür-

en. Zu unterscheiden ist hierbei zwischen Geräu-schen, die von außen auf benachbarte Gebäudeeinwirken und Geräuschen, die innerhalb einesGebäudes von darin betriebenen Anlagen verur-sacht werden; entsprechend liegt der sogenannteImmissionsort im Sinne der TA-Lärm innerhalbbzw. außerhalb von Gebäuden.

Immissionsrichtwerte für Immissionsorteaußerhalb von Gebäuden

Die Richtwerte für Geräuschimmissionen, die vonaußen auf Nachbargebäude einwirken, wurdenür sechs unterschiedliche Bebauungsgebiete vomreinen Industriegebiet bis zum Kurgebiet für Tag-und Nachtzeiten festgelegt. In Abb. 11 sind diemaßgebenden Immissionsrichtwerte des Schall-druckpegels für ausgewählte Gebiete im Ver-

leich mit dem Schalldruckpegel für normale Un-erhaltung und Flüstern dargestellt. Der sogenann-e Immissionsort ist dabei jeweils ein Bezugspunktaußerhalb eines Gebäudes, und zwar im Ab-stand von 0,5 m vor dem geöffneten Fenster desam stärksten von den Geräuschen betroffenenschutzbedürftigen Raumes des Gebäudes.

70

60

50

40

30

20

10

0Industriegebiete Mischgebiete reine Wohngebiete

dB (A)

Immissionsrichtwerte der TA-Lärm für Immissionsorte außerhalb von Gebäuden

normale Unterhaltung

Flüstern

nachts tagsüber

Abb. 11



25

Immissionsrichtwerte für Immissionsorteinnerhalb von Gebäuden

Bei Anlagen, die innerhalb von Gebäuden betrie-ben werden, sind die baulich verbundenen schutz-bedürftigen Nachbarräume Immissionsorte im Sinneder TA-Lärm; bei Körperschallübertragung ist deram stärksten betroffene schutzbedürftige Raum in-ner a es Ge äu es reevant. Für Immissionsorteinnerhalb von Gebäuden gelten folgende Immissi-

onsrichtwerte:agsüber 35 dB (A)nachts 25 dB (A).

Bei genehmigungsbedürftigen Anlagen ist im Zugedes Genehmigungsverfahrens in der Regel eine Im-missionsprognose nach den Vorgaben der TA-Lärmu erstellen und der Nachweis zu erbringen, dass

der maßgebende Immissionsrichtwert an dem jewei-ligen Immissionsort nicht überschritten wird. Bei nichtenehmigungsbedürftigen Anlagen ist eine Immissi-

onsprognose dann nicht erforderlich, wenn aufgrund

von Erfahrungen mit vergleichbaren Anlagen der Schutzvor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Geräuschegewährleistet ist. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten sei aufden ausführlichen Text der TA-Lärm verwiesen.

BHKW-Anlagen kleinerer und mittlerer Leistung werdenvon den Herstellern als Kompaktmodule mit der erforderli-

chen Schalldämmausrüstung angeboten, die den Anforde-rungen der TA-Lärm entsprechen. Motor- und Generator-einheit sind in der Regel in einem Grundrahmen elastischgelagert montiert und von außen mit entsprechend ge-dämmten Verkleidungen umschlossen. Weitere Elementezur Schalldämmung sind u.a. Abgasschalldämpfer undKompensatoren in den Anschlussleitungen. In Abhängig-keit von der Anlagengröße und der Anlagenausstattungund den jeweiligen Installationsbedingungen können wei-tere Schalldämmmaßnahmen, wie z. B. Zu- und Abluft-schalldämpfer, Schwingungsdämpfer oder auch Dämmung

des umgebenden Mauerwerks in Betracht kommen.



26

Da für die Errichtung einer BHKW-Anlage vergleichsweisehohe Investitionen erforderlich sind, ist besondere Sorgfaltund Genauigkeit bei der Planung und Auslegung unerläss-lich, damit ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage gewähr-leistet ist. Die Zielsetzung ist es dabei im Allgemeinen, einehohe Anlagenauslastung, d. h. lange unterbrechungsfreieLaufzeiten mit hoher Laststufe zu erreichen. Im Mittelpunktder Planung und Auslegung steht daher zunächst die Ermitt-lung der richtigen Leistungsgröße. Hierzu ist eine detaillierteAna yse er wärme- un stromseitigen Ran e ingungenam jeweiligen Aufstellungsort erforderlich, um die Strom-und Wärmeerzeugung in einem BHKW an die entsprechen-den Bedarfswerte anpassen zu können. Im Folgenden wirdbeispielhaft die Vorgehensweise bei der Dimensionierungeines wärmegeführten BHKW erläutert, dessen erzeugteWärme, wie bei den häufigsten Anwendungsfällen, für dieGebäudebeheizung und für die Trinkwassererwärmung ge-nutzt wird.

Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs

In diesem Fall sind für die Bestimmung der optimalen BHKW-Leistung die Kenntnis der innerhalb eines Jahres bereitzustel-lende Wärmemenge sowie der maximalen Wärmeleistungerforderlich. Besonders einfach hat man es, wenn die benö-igte Wärmemenge durch Wärmemengenzähler erfasstwird, wie z. B. bei der Fernwärme- oder Nahwärmeversor-ung üblich. In den meisten Fällen ist man jedoch darauf an-ewiesen, den Wärmebedarf indirekt über den in Kesselan-

lagen eingesetzten Brennstoff zu ermitteln. Handelt es sichbeim Brennstoff um Erdgas, dann lässt sich die in einem Jahrbezogene Menge aus den Abrechnungsunterlagen des Gas-versorgungsunternehmens ablesen. Bei Verwendung vonHeizöl sind zur Ermittlung der Heizölmenge eines JahresÖlzähler oder auch Betriebsstundenzähler der installiertenBrenneranlage hilfreich, erfahrungsgemäß jedoch nur seltenverfügbar. In der Regel stehen nur Abrechnungen über eineoder mehrere Heizöllieferungen im Jahr zur Verfügung,so dass man den Heizölverbrauch eines Jahres durch tagge-

naue Bilanzierung, ggf. unter Hinzuziehung der Tages-mitteltemperaturen, aus den Lieferungen ermitteln muss.

6Planung und Auslegung



27

Außer der in einem Jahr eingesetzten Brennstoffmengeist zur Ermittlung der erzeugten Wärme die Kenntnisdes sogenannten Jahresnutzungsgrades der Kesselanla-ge erforderlich. Aus den im Allgemeinen jährlich durch-geführten Emissionsmessungen gehen zunächst die Ab-gasverluste des Kessels bei laufendem Brenner und da-mit der feuerungstechnische Wirkungsgrad hervor.Rechnerisch kann damit (siehe z. B. VDI-Richtlinie 2067)der Jahresnutzungsgrad der Anlage bestimmt werden,der zusätzlich die Abstrahlungsverluste des Kesselswährend der gesamten Betriebsbereitschaftszeit, alsoauc ei Brennersti stan , erüc sic tigt. Der Ja resnut-zungsgrad ist demnach auch von der Güte der Kessel-isolierung, der Höhe der Kesselwassertemperatur unddem Grad der Überdimensionierung abhängig. In Un-tersuchungen an alten Anlagen werden oft nur Jahres-nutzungsgrade zwischen 70 % und 80 % ermittelt,während richtig dimensionierte Kessel neuer Bauart

heute mit Jahresnutzungsgraden von über 90 %, Brenn-wertkessel auch deutlich darüber, arbeiten.

1.800

0

0

6.100 Vollbenutzungsstunden

8.760 h/a

Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs Wärmebedarfsdeckung durch BHKW und Kesselanlagen

Stunden eines Kalenderjahres

BHKW 370 kW

Kesselanlagen

Wärmeleistung in kW

Mit dem Brennstoffeinsatz eines Jahres und dem Jahresnutzungs-grad der Kesselanlagen erhält man schließlich die erzeugte Jahres-wärmemenge. Erforderlich ist noch die maximale Wärmeleistung,die bei der Gebäudebeheizung an Tagen mit der niedrigsten Au-ßentemperatur angefordert wird. Wenn diese Leistung aus Pla-nungsunterlagen nicht bekannt ist, kann sie aus der Jahreswärme-menge unter Hinzuziehung der Tagesmittelwerte der Außentempe-ratur eines Jahres rechnerisch ermittelt werden. In der ASUE-Bro-schüre „Blockheizkraftwerke in Krankenhäusern“ wird an einemPraxisbeispiel die Ermittlung der Jahreswärmemenge und der maxi-malen Wärmeleistung eines Krankenhauses mit 225 Betten im Ein-zenen vorgeste t. A s Erge nis resu tiert ort ie in A . 12 arge-stellte geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs eines Refe-renzjahres als Grundlage für die Dimensionierung eines BHKW.Die nach der Höhe der Wärmeleistung geordnete Linie kennzeich-net den Verlauf des Heizwärmebedarfs des Gebäudes aufgrundder jeweiligen Außentemperatur während der Dauer eines Jahres.Die Linie fußt auf einem Sockel für den Wärmebedarf zur Trinkwas-

sererwärmung, die Gesamtfläche unterhalb der Linie entspricht derSumme aus Heizwärme und Trinkwasserwärme.

Abb. 12



28

Diese geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfsist die Grundlage zur Dimensionierungeiner wärmege-führt betriebenen BHKW-Anlage. Wie bereits erwähntist eine hohe Anlagenauslastung, d.h. eine langemöglichst unterbrechungsfreie Laufzeit, Voraussetzungfür einen wirtschaftlichen Betrieb. In dem genanntenPraxisbeispiel wurden 6.000 Vollbenutzungsstundenals Mindestanforderung für ein BHKW zugrunde ge-legt; die Vollbenutzungsstunden umfassen alle Be-

triebsstunden einer Anlage in unterschiedlichen Last-stufen umgerechnet auf den Betriebszustand unter Voll-ast. Aus em Mar tange ot wur e ein BHKW-Mo umit folgenden Daten ausgewählt:

elektrische Leistung 225 kW

thermische Leistung 370 kW

Brennstoffleistung 670 kW

elektrischer Wirkungsgrad 34 %

thermischer Wirkungsgrad 55 %

Gesamtwirkungsgrad 89 %

Wie in der Jahresdauerlinie des Wärme-

bedarfs dargestellt, erreicht das BHKW

6.100 Vollbenutzungsstunden im Jahr

und liefert 44 % des Gesamtwärmebe-

darfs, der verbleibende Wärmebedarf

wird durch Kesselanlagen abgedeckt.

Die Jahresdauerlinie macht deutlich,

dass die thermische Leistung eines

BHKW stets nur als ein Teil der maximal

erforderlichen Wärmeleistung bemessen

werden darf, wenn innerhalb eines Jah-

res eine o e Za an Vo enutzungs-

stunden erreicht werden soll. Die optima-

le Größe eines BHKW wird man im All-

gemeinen durch Vergleich mehrerer Leis-

tungsvarianten im Rahmen einer Wirt-

schaftlichkeitsuntersuchung ermitteln.

Durch die Wahl einer etwas geringeren

Leistung kann zwar die Zahl der Vollbe-

nutzungsstunden erhöht werden, ande-rerseits kommt man in Richtung kleinerer

Aggregate zu höheren spezifischen, d.h.

auf die Leistung bezogenen, Investitions-

kosten. Umgekehrt ist ein leistungsstärke-

res BHKW-Modul spezifisch günstiger

hinsichtlich der Anschaffung, die erreich-

baren Vollbenutzungsstunden verringern

sich jedoch.



29

450

0

00:00 24:00Uhrzeit

Tageslastgang des Strombedarfs Bedarfsdeckung durch BHKW, Zusatzstrombezug und Einspeisung

Bedarfsdeckung durch BHKW

Einspeisung ins Netz

Zusatzstrombezug

elektrische Leistung in kW

Lastgang des Strombedarfs

Darüber hinaus haben weitere Randbedin-gungen Einfluss auf die Wahl der Leistung ei-nes BHKW. Wenn der erzeugte Strom zumin-dest teilweise dazu genutzt werden soll, denStrombedarf des BHKW-Betreibers zu de-cken, ist anhand von Lastganglinien desStrombedarfs zu prüfen, bei welcher Leis-tungsgröße das BHKW einen möglichst ho-hen Anteil des Strombedarfs abdeckt, damitdie Strombezugskosten deutlich verringertwerden können. Entsprechende Lastganglini-en müssen durch Messungen des Strombe-darfs ermittelt werden. Abb. 13 zeigt anem ereits erwä nten Beispie es Kran en-

hauses den messtechnisch erfassten Tages-lastgang des Strombedarfs und die Stromer-

eugung durch das BHKW. Die unter-schiedlich markierten Flächen kenn-eichnen den Anteil der Strombedarfs-

deckung durch das BHKW, den in dasöffentliche Netz eingespeisten Über-schussstrom sowie den Zusatzstrombe-ug oberhalb der elektrischen Leistung

des BHKW. Die Jahresstrombilanz er-ibt im Fall des Praxisbeispiels einetrombedarfsdeckung durch das BHKW

in Höhe von 57 % des Gesamtstrombe-darfs sowie einen Anteil von 22 % desim BHKW erzeugten Stromes, der indas öffentliche Netz eingespeist wird.

Abb. 13



30

Zukünftige Änderungen

des Wärme- und Strombedarfs

Einer Istanalyse der wärme- und strom-seitigen Randbedingungen liegen derbautechnische Istzustand und die aktu-elle Nutzungsstruktur eines Gebäudeszugrunde. Wenn diesbezüglich zu-künftige Änderungen erwartet werden,sind bei der BHKW-Dimensionierunga e gep anten stru ture en un au-

technischen Maßnahmen zu berück-sichtigen, die Einfluss auf den Strom-und Wärmebedarf eines Objektes ha-ben. Hierzu gehören beispielsweise• Verringerung des Wärmebedarfs

durch Maßnahmen zur Verbesse-rung der Wärmedämmung(u.a. Dach-, Fassadenisolierung,Fenstererneuerung),

• Verringerung des Wärmebedarfsdurch Optimierung der Heizungsre-

gelungen,• Erhöhung des Wärmebedarfs durch

auic e Ge äu eerweiterungen,• Änderung des Wärme- und Strom-

bedarfs durch Veränderung der ge-rätetechnischen Gebäudeausstat-tung (EDV, Küche, Wäscherei,Werkstatt, Klimatisierung, usw.),

• strukturelle Veränderungen der Ge-bäudenutzung (Änderung von Be-triebszeiten, Änderung der Raumnut-zung und Anpassung der Raumtem-peratur).

Nur durch frühzeitige Berücksichti-gung entsprechender Planungsdatenkann man sicherstellen, dass einBHKW über den gesamten Nutzungs-zeitraum von im A gemeinen 15 Ja -ren das erwartete wirtschaftliche Er-gebnis liefert.

Modulare Anlagenkonzeption

Der bisher dargestellten BHKW-Konzeption lag die Ziel-setzung zugrunde, unter den wärme- und stromseitigenRandbedingungen eines Anwendungsfalles die optima-le Leistungsgröße für ein BHKW mit einem Aggregat zuermitteln. Alternativ kann die Gesamtleistung auch aufzwei oder mehrere entsprechend kleinere Aggregateaufgeteilt werden. Diese werden dann beispielsweisedem Wärmebedarf folgend nacheinander in Stufen inBetrie genommen un zeitweise para e etrie en.Diese modulare Anlagenkonzeption hat verschiedeneVor- und Nachteile im Vergleich mit der „1 Aggregat“-Variante, die im Folgenden gegenübergestellt sind.

Nac tei e er mo u aren An agen onzeption sin ö-here Aufwendungen zunächst für die Installation einesBHKW sowie in der Folge für Wartung und Instandhal-tung. Die spezifischen, d. h. auf die Leistung einesBHKW bezogenen Investitionen sinken mit zunehmen-der Leistungsgröße (siehe auch ASUE-Broschüre

„BHKW-Kenndaten 2010“). Gleiches gilt für die spezi-fischen Wartungs- und Instandhaltungskosten, so dassein BHKW mit nur einer Motoreinheit diesbezüglichwirtschaftlich vorteilhafter ist als ein BHKW gleicherLeistungsgröße mit zwei oder mehr Motoreinheiten.

Ein Vorteil des modularen Aufbaus ist die bessere An-passung der Erzeugungsleistung an eine sich verän-dernde Leistungsanforderung zum Beispiel durch denmittelfristig geplanten Anschluss zusätzlicher Wärme-und Stromverbraucher aufgrund baulicher Erweiterun-gen. Würde man in einem solchen Fall ein BHKW mitnur einer Motoreinheit für den späteren Endausbau di-mensionieren, wären längere Betriebszeiten im un-günstigen Teillastbereich die Folge, in dem der elektri-sche Wirkungsgrad geringer ist als bei Nennleistung.Allerdings muss hierbei auch berücksichtigt werden,dass leistungsstarke Aggregate im Allgemeinen beiNennleistung mit höheren elektrischen Wirkungsgra-en ar eiten a s Aggregate mit geringerer Leistung.

Darüber hinaus wird in dem dargestellten Fall bei der

einmotorigen Variante zeitweise unnötig Kapital ge-bunden. Die modulare Konzeption ermöglicht hier diebedarfsorientierte Erweiterung eines BHKW.



31

Ein anderer Vorteil der modularen An-lagenkonzeption ist die höhere Verfüg-barkeit eines BHKW im Vergleich mitder einmotorigen Konzeption. Bei Aus-fall eines von mehreren Aggregaten istnur ein Teil der Gesamtstromleistungdes BHKW durch Strombezug vomVersorgungsunternehmen zu kompen-sieren. Ebenso können Wartungs- undInstandhaltungsarbeiten an einem Ag-gregat bei laufendem Betrieb andererAggregate durchgeführt werden, ohnedas BHKW insgesamt stillzusetzen.

Im Rahmen der vorliegenden Broschü-re önnen nur ie grun egen en As-pekte im Zusammenhang mit der Pla-nung und Auslegung von BHKW-Anla-gen vorgestellt werden. Im Allgemei-

nen ist es notwendig, ein erfahrenesPlanungsbüro bei der Durchführungder vielschichtigen und komplexenArbeiten einzuschalten, um den wirt-schaftlich erfolgreichen Betrieb einesBHKW gewä r eisten zu önnen. üreine erste Abschätzung des richtigenBHKW sei auf die „BHKW-Checkliste“der ASUE hingewiesen. Weitere Infor-mationen finden sich unter www.asue.dein der Rubrik „Blockheizkraftwerke“. ür

die detaillierte Planung eines BHKW istdie VDI-Richtlinie 3985 ein geeigneterLeitfaden („Grundsätze für Planung,Ausführung und Abnahme von KWK-Anlagen mit Verbrennungskraftmaschi-nen“).

Vor- und Nachteile von BHKW mit einem Aggregat und mehreren Aggregaten

eingrößeres

mehrerekleinere

Investitionsaufwand + –artungs- und Instandhaltungsaufwand + –

eistungsanpassung – +Verfügbarkeit – +



32

7

Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit einesBHKW werden alle mit der Installation undem Betrie er An age ver un enen jä r-

lichen Kosten sowie erzielbaren Vergütun-gen im Vergleich zu einem Referenzfallohne BHKW ermittelt. Dieser Referenzfallist in der Regel die Wärmeerzeugung inKesselanlagen und der Strombezug zurvollständigen Bedarfsdeckung von Seiten

eines Energieversorgungsunternehmens.

Die relevanten jährlichen Kosten und erziel-baren Vergütungen setzen sich wie nach-folgend dargestellt zusammen; hierbeiwird auf das bereits erwähnte Praxisbei-spiel in der ASUE-Broschüre „BHKW inKrankenhäusern “ Bezug genommen.

Kapitalgebundene Kosten

Die kapitalgebundenen Kosten resultieren aus den erforderlichen Inves-titionen zur Errichtung des BHKW. In der Regel werden aus Gründener Re un anz para e zum BHKW Spitzen ast esse mit er g ei-

chen Leistungsgröße wie im Referenzfall ohne BHKW installiert. Dieauf die Kesselanlagen entfallenden Investitionen haben dann keinenEinfluss auf das Ergebnis der Vergleichsrechnung und können unbe-rücksichtigt bleiben. Die für das BHKW relevanten Investitionen um-

fassen im wesentlichen• die Kosten für die Anschaffung des BHKW-Moduls,• die Kosten für Zubehör (z. B. Pufferspeicher, zusätzlicher Brennwert-

ärmeübertrager, erweiterte Steuerung und Regelung u.a.),• die Kosten für die bauliche Einbindung (gas- , wasser- und

stromseitige Anschlüsse u.a.),• lanungskosten (z. B. nach HOAI bei Einschaltung externer Planungs-

büros),• Kostenpauschale für Unvorhergesehenes.

Richtwerte für die Kosten der Anschaffung eines BHKW-Modulskönnen der ASUE-Broschüre „BHKW-Kenndaten 2010“ entnommenwerden. Dort sind spezifische, d.h. auf die elektrische Leistung bezo-gene, Anschaffungskosten angegeben, die in Abhängigkeit von derelektrischen Leistung variieren.

Wirtschaftlichkeit von BHKW

Aufteilung der für eine BHKW-Anlage erforderlichen Investitionen in Prozent; Praxisbeispiel Krankenhaus, insgesamt 320 T €

BHKW-Modul

Planung

Zubehör

Einbindung

Unvorhergesehenes

13

13

9

6

59

Abb. 14



33

Richtwerte für die spezifischenInvestitionen von Erdgas-BHKW

eine BHKW (ca. 10 W)4.000€/ kW

große BHKW (ca. 2.000 kW)400€/ kW

Zur Veranschaulichung der Kos-tenaufteilung sind in Abb. 14 dieprozentualen Kostenanteile ausdem Praxisbeispiel eines Kranken-hauses (siehe ASUE-Broschüre„BHKW in Krankenhäusern“) dar-gestellt.

Die jährlichen Kapitalkosten wer-den annuitätilegung einessatzes un eizeitraumes errungszeitrauBHKW zu erdauer von 15höheren AnfoWirtschaftlichrer Zeitraum v10 Jahren geFa es Praxi

haus ergibt sicvon 10 Jahrenvon 4 % eineIn Höhe dieseGesamtinvestijährlichen kaKosten anzus

Verbrauchsgebundene Kosten

Die verbrauchsgebundenen Kosten werdeneinerseits durch den Brennstoffeinsatz in dasBHKW verursac t. Aus en jä r ic en Vo e-nutzungsstunden, die im Rahmen der Planungund Auslegung ermittelt werden und derBrennstoffleistung des BHKW ergibt sich des-sen jährlicher Brennstoffbedarf. Darüber hin-

aus ist der Brennstoffeinsatz für den Spitzen-lastkessel zu berücksichtigen. Unter Zugrunde-legung des maßgeblichen Brennstoffpreises(Praxisbeispiel 4,1 Cent / kWh(Hs) Erdgas)resultieren schließlich die Jahresbrennstoffkos-ten als verbrauchsgebundene Kosten.



34

Strombezugskosten

Bei vielen BHKW-Anwendungen wird durch denerzeugten Strom der Strombedarf des BHKW-Be-rei ers nic t vo stän ig, son ern nur tei weiseabgedeckt. Der verbleibende Strombedarf wirddurch Bezug von Zusatzstrom vom EVU gedeckt.Da sich durch die Eigenstromerzeugung der ur-sprüngliche Fremdstrombezug verringert, ist unter

Umständen eine Erhöhung des Strompreises fürden verbleibenden Bezug von Zusatzstrom dieFolge. Darüber hinaus können zusätzliche Kostenür die Vorhaltung von Reservestrom durch dasEVU fällig werden, der bei einem BHKW-Ausfallin Anspruch genommen werden muss.

Die Stromkosten des Referenzfalls ohne BHKWsind die Kosten des vollständigen Fremdstrom-bezugs.

Im Fall des Praxisbeispiels liegen folgendeunterschiedliche Strompreise zugrunde:

trompreis für Zusatzstrombezug– BHKW 14,87 Cent / kWhel

trompreis für Vollstrombezug– Referenzfall 13,83 Cent / kWhel

Betriebsgebundene Kosten

Betriebsgebundene Kosten entstehen durch War-ung und Instandhaltung, Personalaufwand fürBedienung und Beaufsichtigung sowie Verwal-ung und sonstigen Aufwand. Für Wartung undInstandhaltung werden von den Herstellern Voll-wartungsverträge angeboten, die alle erforderli-hen laufzeitabhängigen Leistungen vom Öl-

wechsel bis zur Generalüberholung des Motorsumfassen. Zur Verrechnung der Leistungen wer-den üblicherweise spezifische, d.h. auf dietrommenge bezogene, Kostensätze zugrundee egt, ie von er e e trisc en Leistung eines

BHKW abhängig sind.

Richtwerte für die spezifischen Kosten von Vollwartungsverträgen

kleine BHKW (ca. 20 kW l ) 2,5 Cent / kWh

roße BHKW (ca. 2000 kW l) 0,75 Cent / kWhPraxisbeispiel (225 kW l) 1,5 Cent / kWh.

Für Personalaufwand sowie für Verwaltung undonstiges önnen entsprec en er VDI-Ric t inie

2067 prozentuale Pauschalsätze in Abhängigkeitvon den Sachinvestitionen, d.h. Investitionen ohnePlanungskosten, zugrunde gelegt werden.

Betriebsgebundene Kosten in Prozent

der Sachinvestitionen

Personalaufwand für Bedienungund Beaufsichtigung 3 %Verwaltung und Sonstiges 1,5 %.

Betriebsgebundene Kosten der Spitzenlastkesselkönnen im Rahmen der Vergleichsrechnung un-berücksichtigt bleiben, da sie in gleicher Höhebeim Referenzfall ohne BHKW anfallen.



35

Kostenverringernde Steuer- und Stromvergütungen

Nach dem Energiestener Kraft-Wärme-KopErstattung der zuvor ewenn die Anlage einemindestens 70 % erreisich eine Vergütung d0,55 Cent / kWh.

Wenn der in einem Bo er nur teiweise zubedarfs eingesetzt soweise in das öffentlicerhält der Betreiber dsung eine Vergütung.so nac em KWK-BHKW-Betreiber undbart werden. Sofern estande kommt, wird dsammengesetzt aus dtalspreis für den an der Leipziger Strombörse EEXgehandelten Strom und den sogenannten vermie-denen Netznutzungsentgelten (Einzelheiten hier-zu siehe ASUE-Broschüre „KWK-Gesetz 2009“).Im Fa es Praxis eispie s Kran en aus wur eeine Vergütung für die Stromeinspeisung von ins-gesamt 3,74 Cent / kWh ermittelt.

Darüber hinaus werden BHKW-Anlagen nach

dem KWK-Gesetz 2009 gefördert. Betreiber er-halten sogenannte Zuschlagzahlungen für denin einer KWK-Anlage insgesamt erzeugten Strom.Für den Anteil elektrischer Leistung bis 50 kWwird ein Zuschlagssatz von 5,11 Cent / kWh ge-zahlt, dieser verringert sich auf 2,1 Cent / kWhfür den Leistungsanteil zwischen 50 kW und

2 MW. Kleine Anlagen bis 50 kW werden

10 Jahre gefördert, größere Anlagen 6 Jahre

lang bis höchstens 30.000 Vollbenutzungsstun-

den.



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Resultierende Einsparungen

Durch Gegenüberstellung der ermittelten Jahres-kosten des BHKW und der entsprechenden Kos-ten des Referenzfalls ohne BHKW kommt manzu einer Bewertung der Wirtschaftlichkeit desBHKW-Betriebs, wie nachfolgend an dem Praxis-beispiel des Krankenhauses (ASUE-Broschüre

„BHKW in Krankenhäusern“) dargestellt.

Das BHKW mit einer elektrischen Leistungvon 225 kW und einer Brennstoffleistung von670 kW erreicht 6100 Vollbenutzungsstundenim Jahr und arbeitet mit einem elektrischen Wir-ungsgra von 34 % sowie einem t ermisc en

Wirkungsgrad von 55 %.

Aufgrund der erreichten jährlichen Einsparun-gen sind in diesem Fall die Installation und derBetrieb des BHKW wirtschaftlich attraktiv. Auchnach Ablauf der KWK-Förderung und entspre-chend verringerten Stromvergütungen verblei-ben Einsparungen auf Seiten des BHKW, dieden Betrieb des BHKW rechtfertigen.

Amortisationszeit

Häufig wird die Amortisationszeit zur Bewertung der Wirtschaft-lichkeit benutzt, die den Zeitraum angibt, in dem durch Betriebs-kosteneinsparungen ein vollständiger Rückfluss des eingesetztenKapitals erreicht wird. Die Betriebskosteneinsparungen erhältman im Fall des Praxisbeispiels durch den Vergleich der reinenBetriebskosten ohne kapitalgebundene Kosten zwischen BHKWund Referenzfall. Aus dem Verhältnis der Investitionen zu den Be-

riebskosteneinsparungen ergibt sich die Amortisationszeit.

Der Einfluss von Änderungen des Gas- und Strompreises auf dieAmortisationszeit ist für das Praxisbeispiel in Abb. 15 dargestellt.Die Auswirkungen von Preisänderungen auf die Amortisationszeitsind beim Gas weniger stark ausgeprägt als beim Strom. Da inZukunft beim Strom eher Preissteigerungen als Preissenkungenerwartet werden können, werden sich die Voraussetzungen füreinen wirtschaftlichen BHKW-Betrieb tendenziell verbessern.

Amortisationszeit über Änderungen des Gas- und Strompreises

12

10

8

6

4

2

0

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Variationsbereich (Prozent)

Amortisationszeit (Jahre)

Änderung des Gaspreises

Änderung des Strompreises

Referenzfall BHKW

KapitalgebundeneKosten (Kapitaldienst)

39,5

Verbrauchsgebunde-

ne Kosten 246,0 325,1Betrie sge un eneKosten

33,2

trombezugskosten 260,0 120,9

teuer- undtromvergütungen

– 74,4

umme der Jahreskosten

506,0 444,2

Einsparungen BHKW 61,7

Referenzfall BHKW

(Jahreskosten ohne Kapitaldienst) in T€/a06,0 404,8

Betriebskosteneinsparungen in T€/a 101,2

Investitionen in T€ 320,0

Amortisationszeit in a 3,2

in T€/a

Abb. 15



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Betreibermodelle

In den privaten Bereichen der Wirtmen zum Teil BHKW-Projekte mit gsetzungen für einen wirtschaftlichBetrieb nicht zu einer Realisierung.nig Interesse vorhanden, Eigenkapmerksamkeit in ein BHKW zu invenicht unmittelbar dem eigentlichen

zweck dient sondern den Nebenbordnen ist. Im öffentlichen Sektor scProjekte aufgrund knapper Haush

In solchen Fällen ist gegebenenfallmodell, wie z. B. das Contracting,ic interessante A ternative zu ernes BHKW-Projektes mit eigenen MiBetreibermodell übernimmt ein Dritnannter Contractor, die Investitiontriebsführung einer BHKW-Anlageverbundenen Aufgaben. Als Contrheute z. B. Versorgungsunternehmte Ingenieur- und Beratungsbüros sonsunternehmen im Bereich der tecbäudeausrüstung tätig. Der Contracor s e eerforderlichen finanziellen Mittel bereit und ver-fügt über die notwendigen personellen Ressour-cen, Kenntnisse und Erfahrungen für die Errich-tung und die effiziente Betriebsführung einerBHKW-Anlage. Als Vergütung für die erbrachten

Dienstleistungen erhält er ein Entgelt für die gelie-ferten, messtechnisch zu erfassenden, Wärme-und Strommengen. Betreibermodelle sind in viel-fältiger Form gestaltbar. Einzelheiten werdenz. B. in der ASUE-Broschüre „Contracting fürKrankenhäuser“ ausführlich behandelt.



38

8

Gebäudebeheizung

Der Bestand der zu beheizenden Gebäude unter-schiedlichster Nutzung stellt ein großes potenziel-les Einsatzgebiet für BHKW-Anlagen nahezu al-ler Leistungsklassen dar. Aufgrund des außentem-peraturabhängigen Verlaufs des Heizwärmebe-darfs wird ein BHKW bei der Gebäudebehei-zung stets zur Abdeckung der Grundlast ausge-

legt, damit ausreichend lange Laufzeiten erreichtwerden, wie in Kapitel 5 anhand der Jahresdau-erlinie dargestellt ist. Im Einzelnen sind weitereRandbedingungen zu berücksichtigen, die wär-meseitig die Vollbenutzungsstunden beeinflussen.In Wohngebäuden ist beispielsweise eine zentra-le Trinkwarmwasserversorgung für eine höhereBHKW-Auslastung vorteilhaft. Die Laufzeit min-dernd wirken sich beispielsweise eingeschränkteNutzungszeiten eines Ge äu es aus, wie im Favon Schulgebäuden oder Verwaltungsgebäuden,da hier die Zeiten mit abgesenkter Raumtempera-tur überwiegen. Stromseitig wird in den genann-ten Anwendungsbeispielen häufig der größereAnteil des erzeugten Stromes in das öffentlicheNetz eingespeist aufgrund des eher geringen Ei-genstrombedarfs für Beleuchtung, PC, Haushalts-geräte und ähnliche andere Stromverbraucher.Für die Wirtschaftlichkeit eines BHKW maßge-bend ist dann die erreichbare Einspeisevergü-tung, wenn durch entfallenden Strombezug keine

ausreichend hohen Einsparungen erzielt werdenkönnen. Unter bestimmten Voraussetzungen kannfür BHKW-Betreiber mit entsprechenden Erfah-rungen auch der Stromverkauf an Dritte in Be-tracht kommen (siehe ASUE-Broschüre „KWK-Ge-setz 2009“). Eine vorteilhafte Bewertung des er-zeugten Stromes können auch EVU als BHKW-Betreiber durch Optimierung ihres Stromeinkaufserreichen.

Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele

Bei den Wohngebäuden kamen in der Vergan-genheit BHKW-Anlagen meistens nur bei grö-ßeren Mehrfamilienhäusern zum Einsatz, daauf dem Markt Anlagen mit geringer Leistungfür kleinere Gebäude nur in geringem Umfangverfügbar waren. Inzwischen findet auch dergroße Bestand an Ein- und Zweifamilienhäu-

sern in dem Marktangebot an BHKW-Anlagenmehr Berücksichtigung. Sogenannte Strom er-zeugende Heizungen oder auch Mikro-BHKW-Anlagen verfügen über elektrische Leistungenvon 1 kW und wenig darüber und sind speziellfür den Einsatz parallel zu einem Heizkessel inkleinen Wohngebäuden konzipiert. Dabei wer-den zur Zeit auch andere Antriebsaggregateals Verbrennungsmotoren erprobt. In der Markt-einführungsphase befindet sich momentan ein1-kW BHKW mit Stirlingmotor, das sich bereitsin mehreren Feldversuchen bewährt hat. Auchdie Brennstoffzelle, die nach dem elektrochemi-schen Prinzip Strom erzeugt und ohne bewegli-che Anlagenteile auskommt, wird in Versuchenauf ihre Eignung für die Verwendung in kleinenBHKW-Anlagen getestet.



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Hallenbäder und beheizte Freibäder

Der ganzjährige Wärmebedarf für dieBeckenwassererwärmung und dieDusc ereic e sowie ein weitge enkonstanter Strombedarf für die Um-wälzpumpen und Lüftungsanlagen sindgute Voraussetzungen für einen wirt-schaftlichen Betrieb von BHKW-Anla-

gen in Hallenbädern. Beheizte Freibä-der kommen für den Einsatz mobilerBHKW-Anlagen in Betracht, die außer-halb der Freibadsaison an einem ande-ren Aufstellungsort weiterbetriebenwerden können.

Krankenhäuser

Besonders gute Voraussetzungen für den Einsatz von BHKW-Anlagenbieten Krankenhäuser mit ihrer Wärme- und Strombedarfsstruktur. DerHeizwärmebedarf wird hier im Allgemeinen durch einen hohen Wär-mebedarf für die Warmwasserversorgung unterschiedlicher Bereicheergänzt, wie z. B. Patientenzimmer, Bäderabteilungen. Stromseitig ver-ursachen Lüftungsanlagen, Pumpen der Heizung und Wasserversor-gung sowie ein Teil der Beleuchtung ganztägig einen weitgehend kons-

tanten Grundlastbedarf, der tagsüber durch den Strombedarf verschie-dener Funktionsbereiche wie OP, Küche, Wäscherei und der Aufzügeüberlagert wird. Erfahrungsgemäß gelingt es, ein BHKW für die Wär-megrundlast auszulegen, das hohe Vollbenutzungsstunden erreicht undgleichzeitig einen großen Teil des Strombedarfs abdeckt, so dass einwirtschaftlicher Betrieb des BHKW darstellbar ist.

In der Regel sind in Krankenhäusern zumindest einige Funktionsberei-che wie OP klimatisiert, wobei heute noch überwiegend Kompressi-onskälteanlagen zum Einsatz kommen. Wenn stattdessen Absorptions-

kälteanlagen installiert werden, lässt sich die Auslastung eines BHKWin den Sommermonaten verbessern, in denen statt Heizwärme Kältezur Klimatisierung benötigt wird und die Wärme des BHKW für denAntrieb von Absorptionskälteanlagen genutzt wird. Bezüglich Einzel-

heiten zum Einsatz von „BHKW in Krankenhäusern“ wird auf die gleich-

lautende ASUE-Broschüre verwiesen.



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Gewerbe- und Industriebetriebe

Die Einsatzmöglichkeiten für BHKW-nlagen in den unterschiedlichen

Branc en im Bereic Gewer e un In-dustrie sind sehr vielfältig, so dass andieser Stelle nur die grundsätzlichenEinsatzvoraussetzungen und einigeBeispiele genannt werden. Die bereits

oben im Rahmen der Gebäudebehei-ung behandelten Anwendungen sind

in ähnlicher Weise für Bürogebäudeund betrieblich genutzte Gebäude re-evant. Interessant sin arü er inauserwendungsmöglichkeiten für Strom

und Wärme aus BHKW-Anlagen imBereich der Produktion. Wärmeseitigist bei kleinen und mittleren BHKW-An-agen mit Ver rennungsmotoren asemperaturniveau der Wärme von

etwa 90 °C maßgebend für einen Ein-satz. In Betracht kommen daher Pro-esse mit hohem Bedarf an Warmwas-

ser und auch Kälte, die in Absorptions-kälteanlagen hinter BHKW erzeugtwerden kann. Relevant sind u.a. ver-schiedene Bereiche der Nahrungsmit-e in ustrie wie Betrie e er F eisc ver-arbeitung, Molkereien oder Brauereien.

bnehmer für den Strom aus BHKW-

nlagen sind in diesen Fällen Verar-beitungsmaschinen, Abfüll- und Trans-portanagen.

Für Produktionsprozesse, die Wärmeauf höherem Temperaturniveau, z. B.in Form von Dampf, benötigen, eignensich BHKW-Anlagen mit Gasturbinen,die neben dem Strom ausschließlich

bgaswärme bei Temperaturen um00 °C für die Dampferzeugung inbhitzekesseln liefern. Papierfabriken

EDV-Zentren

EDV-Zentren verfügen über einenhohen Stromgrundlastbedarf derRechenanlagen und Kältebedarfder Klimaanlagen. Durch denkombinierten Einsatz einesBHKW und einer Absorptionskäl-eanlage kann es unter bestimm-

en Randbedingungen mit einerspeziellen Anlagenkonfigurationelingen, ganzjährig den Strom-

bedarf nahezu vollständig durchEigenstromerzeugung ohne Über-schussstrom zu decken und gleich-zeitig die Wärme des BHKW fürden Antrieb der Absorptionskälte-anlage zu nutzen. In diesem Fallsind die Voraussetzungen für ei-nen besonders wirtschaftlichenBHKW-Einsatz erfüllt.

Erdgasentspannungsanlagen

Erdgas wird auf dem Weg zum Ver-braucher über Ferngasleitungen beio en Drüc en is etwa 70 ar

transportiert und in Übergabestatio-nen nach Reduzierung auf einenDruck von ca. 5 bar oder wenigerin die Leitungsnetze von Gasversor-

gungsunternehmen eingespeist. DieDrosselung ist mit einer Absenkungder Temperatur des Gases verbun-den, das vorgewärmt werden muß,um eine Unter ü ung un Vereisungzu verhindern. Die Temperaturab-senkung fällt noch höher aus, wennbei der Drosselung Entspannungs-gasturbinen zur Stromerzeugungeingesetzt wer en. Die zur Vorwär-mung des Gases erforderliche Wär-me kann durch Einsatz eines BHKWzur Verfügung gestellt werden.



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Kläranlagen

In Kläranlagen wird durch biologischeZersetzung des Klärschlamms in Faul-türmen Kärgas pro uziert. Es wirzum Teil in Kesselanlagen zur Erzeu-gung von Heizwärme eingesetzt, diefür die Beheizung der Foultürme erfor-derlich ist; überschüssiges Klärgas

wird abgefackelt. Eine effizientereEnergieausnutzung wird durch denEinsatz des Klärgases in einer BHKW-Anlage erreicht. Die erzeugte Wärmewird für die Faulturmbeheizung undder erzeugte Strom zur Deckung desStrombedarfs der Kläranlage verwen-det. Der Strombedarf resultiert über-wiegend aus den mechanischen An-trie en von Rü rwer en, Transport-und Zerkleinerungsanlagen.

bieten z. B. sehr gute Voraussetzungen für den Einsatzvon Gasturbinenanlagen, die hier nahezu ganzjährig un-unterbrochen Strom für den Antrieb und Dampf für dieBeheizung der Papiermaschinen liefern. In vielen Berei-chen der Nahrungsmittelindustrie kommen beispielsweiseSprühtrocknungsanlagen zum Einsatz, in denen mittelsDampf beheizte Heißluft für die Herstellung pulverförmi-

ger Produkte (Trockenmilch u.ä.) eingeblasen wird. Einenhohen Dampfbedarf hat die chemische Industrie, um nureinen weiteren für BHKW mit Gasturbinen relevanten Be-reich zu nennen. Die Abgase von Gasturbinenanlagenhaben einen hohen Sauerstoff-Restgehalt von ca. 15 %,der eine Zusatzfeuerung durch Zufuhr weiteren Brenn-stoffes im Abhitzekessel ermöglicht. Dadurch kann dieDampferzeugungsleistung im Abhitzekessel über einenweiten Leistungsbereich dem häufig variablen Dampfbe-darf der angeschlossenen Verbraucher angepasst werden.

Beispiele für die direkte Nutzung von Abgasen aus

BHKW-Anlagen wurden bereits in Kapitel 3 erwähnt

(CO2-Düngung in Gärtnereien, Trocknung von Ziegeln

in Trocknungskammern).



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9Referenzprojekte

Für die Energieversorgung eines EDV-Zentrums und Ver-waltungsgebäudes der E.ON Ruhrgas AG in Essen istein Blockheizkraftwerk mit insgesamt 4 Aggregaten imEinsatz. Das BHKW deckt nahezu vollständig den Strom-bedarf der Rechenanlagen und der übrigen Stromver-braucher des Gebäudes. Die erzeugte Wärme wird im

ommer als Antriebsenergie für eine Absorptionskältean-lage genutzt, die Kälte zur Kühlung der Rechenanlagenund zur Klimatisierung des Bürogebäudes liefert. ImWinter wird die im BHKW erzeugte Wärme sowohlzur Deckung des Kältebedarfs der Rechenanlagen wieauch für die Beheizung des Bürogebäudes verwendet.Heizwärme- und Kältebedarf gemeinsam führen zu eineranzjährig weitgehend gleichmäßigen Abnahme der in

dem BHKW erzeugten Wärme.

Das BHKW umfasst 4 baugleiche Aggregate des Her-stellers GE Jenbacher mit folgenden Leistungsdaten:

e e trisc e Leistung 330 W

hermische Leistung 363 kW

Brennstoffleistung (Erdgas) 851 kW

elektrischer Wirkungsgrad 38,8 %

ermisc er Wir ungsgra 42,6 %

Gesamtwirkungsgrad 81,4 %.

Die Kenndaten der Absorptionskälteanlage desHerstellers York sind

Wärmeleistung (Antriebsseite) 913 kW

Kälteleistung 640 kW

Drei der vier BHKW-Aggregate sind stets gleichzei-ig parallel in Betrieb, das vierte wird für Reserve-zwecke in Betriebsbereitschaft gehalten. Mit derBHKW-Anage ge ingt eine na ezu autar e Energie-versorgung des EDV-Zentrums. Zusätzliche Kesselan-lagen sind nicht erforderlich, Stromeinspeisung insöffentliche Netz und Fremdstrombezug in geringemUmfang sind ohne Bedeutung.

BHKW für ein EDV-Zentrum der E.ON Ruhrgas AG

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Bild oben: Gebäude der E.ON Ruhrgas AG mit EDV-ZentrumBild Mitte und unten links: BHKW-ModuleBild unten rechts: Absorptionskälteanlage



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Eines von mehreren Blockheizkraftwerken dertadtwerke Rinteln GmbH wird während eines

Ja res wec seweise an zwei Stan orten etrie-ben. Im Winterhalbjahr ist das BHKW in einerGasübergabestation und Druckregelanlage imEinsatz. Hier wird Erdgas vom Gasvorlieferanten

bei einem Druck von etwa 30 bar übernommenund auf den Druck des Verteilnetzes der Stadtwer-ke von 23 mbar reduziert. Bei der Drosselung desGases kommt es aufgrund des Joule-Thomson-Effektes zu einer Abkühlung des Gases, das er-wärmt wer en muss, um unzu ässige Unter ü un-en und Vereisungen zu vermeiden. Während

bisher die erforderliche Wärme in Gasthermenerzeugt wurde, wird nun größtenteils die BHKW-Wärme zur Gasaufheizung genutzt. Der erzeugtetrom wir in as Stromvertei netz er Sta twer e

eingespeist.

In den Sommermonaten, in denen der Heizgasbe-darf zurückgeht, verringert sich entsprechend derWärmebedarf in der Gasübergabestation. DasBHKW wird in dieser Zeit in der Energiezentraledes städtischen Freibades installiert. Hier wird dieerzeugte Wärme zur Beckenwassererwärmungsowie zur Duschwassererwärmung genutzt.

Das BHKW des dänischen Herstellers EC Powermit einer elektrischen Leistung von maximal 15 kWwur e erstma s im Septem er 2009 is Apri2010 in der Gasübergabestation eingesetzt.In dieser Zeit erzeugte es im Vollastbetrieb rund41.000 kWh Strom und erreichte dabei insge-samt den vom Hersteller angegebenen elektri-schen Wirkungsgrad von 30 %.

Durch den kombinierten Einsatz an zwei unter-schiedlichen Standorten mit jeweils saisonbeding-

tem hohen Wärmebedarf erreicht das BHKW ganz-jährig eine hohe Auslastung und erfüllt damit dieVoraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb.

Mobiles BHKW der Stadtwerke Rinteln GmbH

Bild oben: Beheiztes Freibad in RintelnBild links und rechts oben: BHKW in der GasübergabestationBild rechts unten: Gasübergabe- und Druckregelstation

Kontakt :

Sven Schaper, Stadtwerke Rinteln GmbH

Tel.: 05751 / 70042

[email protected]

www.stadtwerke-rinteln.de



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Die enercity Contracting GmbH, eine 100 %ige Tochtergesellschaft der Stadtwer-ke Hannover AG, ist als Contractor für die Wärmeversorgung eines Mehrfamilien-hauskomplexes der Wohnungsbaugenossenschaft Laatzen verantwortlich. Die Ver-sorgung der insgesamt 238 Wohnungen mit Raumheizwärme und Trinkwarmwas-ser erfolgt über eine Dachheizzentrale, in der zunächst ein Brennwertkessel undein Niedertemperaturkessel mit Leistungen von 640 kW bzw. 870 kW für die Ge-

samtwärmeversorgung vorhanden waren.

Im Zuge der Sanierung der Wärmeversorgung entschied die enercity ContractingGmbH, ein BHKW für die Wärmegrundlastversorgung der Wohnungen zu instal-lieren. Die Analyse der vorhandenen Daten führte zur Wahl eines BHKW-Moduls

des Herstellers Sokratherm mit folgenden Leistungsdaten:

elektrische Leistung 140 kW

thermische Leistung 216 kW

Brennstoffleistung (Erdgas) 392 kW

elektrischer Wirkungsgrad 35,7 %thermischer Wirkungsgrad 55,1 %

Gesamtwirkungsgrad 90,8 %.

Da sich die Dachheizzentrale unmittelbar über dem Schlafzimmer einer Wohnungbefindet, waren besonders hohe Anforderungen an den Schallschutz zu erfüllen.Durch zusätzliche, über den serienmäßigen Umfang hinausgehende Schallschutz-maßnahmen gelang es in Zusammenarbeit mit dem BHKW-Hersteller, Geräusch-belästigungen der Bewohner zu minimieren und den für die Nachtstunden relevan-

ten Immissionsrichtwert der TA-Lärm von 25 db (A) für Immissionsorte innerhalb

von Gebäuden einzuhalten.

Das in 2009 installierte BHKW hat in den ersten 5 Monaten des Jahres 2010bereits 2780 Vollbenutzungsstunden erreicht und dabei 73 % der benötigtenWärmemenge erzeugt. Der Betreiber erwartet aufgrund der bisherigen Betriebs-erfahrungen für 2010 insgesamt über 6500 Vollbenutzungsstunden und eineWärmebedarfsdeckung durch das BHKW von etwa 60 %. Der erzeugte Stromwird in das Netz des örtlichen Versorgungsnetzbetreibers, der ebenfalls zu denStadtwerken Hannover gehörenden enercity-Netzgesellschaft mbH, eingespeist.

Die Anlage arbeitet durch den Einsatz von Biomethan besonders umweltfreund-lich und hat bisher einen Gesamtnutzungsgrad von rund 90 % erreicht.

BHKW zur Wärmeversorgung einer Wohngebäudeanlage in Laatzen

Bild oben: MFH-Komplex der Wohnungsgenossenschaft LaatzenBild unten: BHKW in der Dachheizzentrale

Kontakt:

Jörg Wegener, enercity Contracting GmbH

Tel.: 05 11 - 4 30 - 23 33

[email protected]

Referenzprojekte



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BHKW in der Energiezentrale der LWL-Klinik Lippstadt

Die Gebäude der LWL-Klinik für Psychiatrie in Lippstadt mit insge-samt ca. 1000 Betten werden über eine Energiezentrale mitWärme für die Raumheizung und die Trinkwassererwärmungversorgt. In Ergänzung zu zwei Kesselanlagen mit einer Gesamt-leistung von 11 MW wurden hier im Jahr 2007 zwei BHKW-Mo-dule von Sokratherm mit einer elektrischen Leistung von jeweils

140 kW und einer thermischen Leistung von jeweils 216 kWinstalliert. Das BHKW wird kombiniert wärme- und stromgeführtim Leistungsbereich von 80 % - 100 % der Nennleistung betrie-ben und hat in den ersten beiden Betriebsjahren wie geplantjährlich 8500 Vollbenutzungsstunden erreicht.

Die im BHKW erzeugte Wärme wird zur Wärmegrundlastver-sorgung er K ini eingesetzt. Der erzeugte Strom wir vo stän-dig für die Deckung des Strombedarfs der Klinik genutzt, eineStromeinspeisung ins öffentliche Netz ist nicht vorgesehen. In2009 wurde durch die Eigenstromerzeugung ein Deckungsanteilvon 80 % des Gesamtstrombedarfs erreicht.

Folgende Nutzungsgrade hat das BHKW im Jahr 2009 erreicht:

e e trisc er Nutzungsgra 34,4 %

thermischer Nutzungsgrad 55,9 %

Gesamtnutzungsgra 90,3 %.

Aufgrund der hohen Auslastung des BHKW und des hohenStromdeckungsgrades wurde wie erwartet innerhalb von nur

zwei Jahren eine Amortisation des eingesetzten Kapitals erreicht.

Kontakt:

Franz-Josef Heiming, LWL-Klinik Lippstadt

Tel.: 0 29 45 - 9 81 - 55 10

[email protected], www.lwl-klinik-lippstadt.de

Bild oben: Verwaltungsgebäude der LWL-Klinik LippstadtBild Mitte: Einbringung der BHKW-Module in die Energiezentrale

Bild unten: In der Energiezentrale installierte BHKW-Module



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Für den großen Bestand an Einfamilienhäusern waren bisher BHKW-Anlagen mit entsprechend kleiner Leistung serienreif nicht verfügbar.A tue wer en von versc ie enen Herste ern Keinst-BHKW entwi-ckelt und auf den Markt gebracht, die auf den Strom- und Wärmebe-darf von privaten Haushalten zugeschnitten sind. Dabei werdenauch Alternativen zum Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat un-

tersucht, wie zum Beispiel die Brennstoffzelle oder der Stirling-Motor.

In einem Feldtest hat die GASAG Berliner Gaswerke Aktiengesell-schaft ein Mikro-BHKW mit Stirling-Motor seit November 2007 fürden Einsatz in Einfamilienhäusern und anderen Objekten ähnlicherGröße untersucht. Der Stirling-Motor verfügt auch wie der Verbren-nungsmotor über ein Kolben-Zylinder-System, in dem thermischeEnergie in Bewegungsenergie umgewan e t wir . Wä ren eimVerbrennungsmotor der Brennstoff selbst als Arbeitsmedium einge-setzt wird, das durch Verbrennung im Zylinder expandiert und da-durch den Kolben in Bewegung bringt, bilden beim Stirling-MotorZylinder, Kolben und ein Arbeitsgas ein geschlossenes System, demvon außen thermische Energie über einen separaten Brenner zuge-führt wird. Durch Heizen und Kühlen an verschiedenen Zylindersei-ten werden Druckunterschiede innerhalb des Zylinders und durchFührung des Arbeitsgases abwechselnd zu den heißen und kaltenSeiten kontinuierliche Kolbenbewegungen erzeugt (siehe auchASUE-Broschüre „Die Strom erzeugende Heizung“). Vorteile des Stir-ling-Motors sind geringer Verschleiß, niedriger Geräuschpegel sowieumweltfreundlicher emissionsarmer Betrieb durch leicht kontrollier-bare Verbrennung.

Bei dem Feldtest der GASAG kam ein Stirlingmotor-BHKW vomTyp W ispergen mit einer e e trisc en Leistung von 1 W un einerthermischen Leistung bis zu 12 kW zum Einsatz. Insgesamt wurden32 Anlagen in verschiedenen Objekten im Stadtgebiet von Berlinerfolgreich getestet.

Inzwischen hat die GASAG ausgehend von den Feldtestergebnissenüber ihre Tochtergesellschaft DSE den Vertrieb eines weiterentwickel-ten Whispergengerätes mit verbesserten Leistungsdaten aufgenom-men. Diese Anlagen erreichen nach Herstellerangaben elektrische

Nutzungsgra e von 10 % is 11 % un t ermisc e Nutzungsgra evon mehr als 85 %, bei niedrigen Heizwasserrücklauftemperaturenund Brennwertnutzung sogar über 95 %.

Mikro-BHKW mit Stirling-Motor für Einfamilienhäuser

Bild oben: Einfamilienhaus im Feldtest,

180 qm Wohnfläche

Bild links: Whispergen Stirlingmotor-

BHKW, Innenansicht

Kontakt:

DSE Direkt-Service Energie GmbH

BHKW-Hotline Tel.: 0 30 - 78 72 - 15 00

[email protected]

www.energie-neu-entdecken.de

Bild rechts: Installiertes Stirlingmotor-BHKW

mit kombiniertem Puffer/Warmwasser- Speicher

Referenzprojekte



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Impressum

Herausgeber

ASUE Arbeitsgemeinschaft

für sparsamen und

umweltfreundlichen

Energieverbrauch e.V.

Stauffenbergstraße 2410785 Berlin

Telefon: 0 30 / 23 00 50 92

Telefax: 0 30 / 23 00 58 98

www.asue.de, [email protected]

Bearbeitung

ASUE-Arbeitskreis

„Brennstoffzellen/

Blockheizkraftwerke“,

insbesondereDr. Wolfgang Nowak, Lindlar

Dr. Jochen Arthkamp, Essen

Grafik

Kristina Weddeling, Essen

Bezug

Verlag Rationeller

Erdgaseinsatz

Manfred EichenherrKiwittsmoor 30

22417 Hamburg

Fax: 0 40 / 53 789 268

BHKW-Grundlagen

Bestellnummer: 06 06 10

Schutzgebühr: 3,00 Euro

Stand: Juni 2010

Die Herausgeber übernehmen

keine Gewähr für die Richtigkeit

und Vollständigkeit der Angaben.

10Weitere Informationen

www.asue.deDie ASUE betreibt seit Jahreneine umfangreiche Medien-arbeit zu aktuellen Themen.Pressemeldungen, Grafikenund Fachartikel stellen Zu-sammenhänge, technischeLösungen und Handlungsopti-

onen rund um den Themen-kreis „Energieeffizienz/CO2-Minderung/Klimaschutz“ an-schaulich dar.

BHKW in Krankenhäusern Best.-Nr. 05 01 10

BHKW-Kenndaten 2010erscheint demnächst

Das KWK-Gesetz 2009 –Grundlagen, Förderung,praktische HinweiseBest.-Nr. 05 12 09

Einbindung von kleinenund mittleren BHKW-/KWK-AnlagenBest.-Nr. 05 01 07



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www.asue.de

Überreicht durch:

asue-bhkw-grundlagen-2010

Documents

Transcript of asue-bhkw-grundlagen-2010