BHKW-Plan Auslegung und Wirtschaftlichkeitsberechnung für ein Krankenhaus
Praktische Übungen
Aufgabenstellung 1a)
Ein bestehendes Krankenhaus in Frankfurt a.M. mit folgenden realen Verbrauchswerten:
Jahreswärmebedarf: 10.000 MWh
Jahresstromverbrauch: 4.800 MWh
soll in Zukunft mit einem BHKW teilversorgt werden. Die Nutzfläche wird mit 25.000 m2 angegeben.
Aufgabe:
Berechnung der Wirtschaftlichkeit des BHKW.
Lösungsweg zu Aufgabenstellung 1
1. Projekt neu
Zuerst wird das Projekt neu angelegt, d.h. der Projektname "Aufgabe1" und die Beschreibung "Krankenhaus Frankfurt a.M." werden angegeben.
2. Wärmebedarf berechnen
Hier muss zunächst eine Klimaregion, in diesem Fall Demo, ausgewählt werden. Der Einfluss der Klimaregion ist nicht unerheblich, da bei BHKW-Plan auch die Strahlung miteinbezogen wird. So liefern zwei TRY-Zonen mit ähnlichen mittleren Außentemperaturen (z.B. Essen und Frankfurt) unterschiedliche Ergebnisse. Die Unterschiede steigen mit den vorhandenen Fensterflächen.
Hier wird mittels der Taste Auswahl Gebäude der Dialog für die Gebäudeauswahl aufgerufen.
Mit den Filterfunktionen: Liste Gebäude-Datenbank einschränken werden die
Nichtwohngebäude und Gebäudeart Krankenhaus ausgewählt und dann aus der Gebäude-Datenbank ein Krankenhaus aktiviert und mittels Taste aus der Datenbank hinzufügen ausgewählt.
Durch Taste Wohn-/Nutzfläche ändern kann die Nutzfläche angepasst werden.
Es wird das abgebildete Fenster geöffnet. Hier können vorgegeben werden entweder:
- gesamte Wohn-/Nutzfläche des ausgewählten Gebäudes
- Wärmeverbrauch (Lite Öl, Gasmenge usw.)
angegeben. Bei Angaben mit Wärmeverbrauch skaliert das Programm automatisch die Wohnfläche.
Das Gebäude Krankenhaus wird, da der Wärmeverbrauch mit dem der Aufgabenstellung übereinstimmt, genommen.
Da es sich hier um ein Einzelobjekt handelt und keine Leitungen außerhalb des Gebäudes verlegt sind, werden die Netzverluste mit 0% angesetzt.
Mit Taste OK werden die Eingaben bestätigt und das Fenster verlassen.
Nachdem nun das Gebäude näher bestimmt ist, kann die Simulation mit Taste Durchführen der Simulation gestartet werden.
Anhand einer Fortschrittsanzeige lässt sich der Arbeitsfortgang erkennen.
Die Simulationsergebnisse werden zunächst in Form einer geordneten Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs dargestellt. Die Jahresdauerlinie kann im Hauptmenü mit Taste Bericht drucken und Aktivierung des entsprechenden Optionsfeldes bei Grafik Jahresdauerlinie mit BHKW-Laufzeiten auch ausgedruckt werden. Die erhaltenen Kennwerte lassen sich durch Taste Ergebnis auf dem Bildschirm darstellen bzw. durch Taste Protokoll ausdrucken.
Der Verlauf des Wärmebedarfs über ein Jahr kann in Form von Stundenwerten mittels Taste Speichern der Wärmebedarfsganglinie abgespeichert werden. Die Daten werden in der Projektarbeitsmappe unter dem Blatt Ganglinie abgelegt. Dies ist nur notwendig, wenn die Stundenwerte mit MS Excel direkt weiterbearbeitet werden sollen.
Mit der Taste Schließen wird zum Hauptmenü zurückgekehrt.
3. Strombedarf berechnen
Hier wird aus der Stromverbraucher-Datenbank der Stromverbrauchstyp Krankenhaus2 ausgesucht. Mit der Taste <-- Aus der Datenbank hinzufügen wird er in die Anwendung übernommen.
Mit der Taste Neuer Wert wird der Jahresverbrauch angepasst, hier auf 4800 MWh. Nun wird Taste Simulation betätigt. Daraufhin wird die monatliche Verteilung des Verbrauchs angezeigt.
4. Wärme- und Stromerzeugung
Hier wird zuerst die Betriebsweise wärmegeführt eingegeben. Dann werden die BHKW-Module entsprechend ihrer Eigenschaften aus der BHKW-Datenbank mittels der Taste ß aus der Datenbank hinzufügen ausgewählt.
In diesem Beispiel soll ungefähr ein Drittel der Wärmeleistung durch BHKW-Module bereitgestellt werden, was bei 3834 kWth in etwa einem Wert von 1300 kWth entspricht. Dadurch sollen hohe jährliche Laufzeiten erzielt werden. Weiterhin soll mit Rücksicht auf die Stromsteuer die elektrische Leistung der Module unter 2000 kW bleiben.
Es werden drei Module der Firma 2G eingesetzt.
Werden mehrere Module gleichen Fabrikats und Typs vorgesehen, hat dies den Vorteil, dass durch das Modulmanagement die Module beliebig ansprechbar sind und die Laufzeiten an die Wartungsintervalle angepasst werden können.
Die Erfahrungen zeigen, dass für einen wirtschaftlichen Betrieb eine jährliche Mindestlaufzeit von etwa 4000 h/a für das ungünstigste Modul anzustreben ist.
Mit Taste Simulation wird die Simulation des BHKW-Betriebes gestartet. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm dargestellt.
Mit der Taste JDL mit BHKW können die Deckungsanteile der Module in der Jahresdauerlinie angezeigt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Leistungsdeckung durch die BHKW-Module von ca. 28% der Deckungsanteil an der Wärmemenge ca. 69% beträgt. Ein Ausbau der Leistungsdeckung durch weitere Module bringt nur geringe zusätzliche Wärme- und Strommengen. Eine Deckung der verbleibenden Spitzenlast durch Heizkessel ist in diesem Fall wirtschaftlicher.
Mit der Taste Spitzenkessel wird zum Eingabefenster für die Spitzenkessel
gewechselt.
Hier können nun aus der Kesseldatenbank passende Modelle ausgewählt werden.
In diesem Fall kommt eine Kombination von Gaskesseln mit 1200 kW thermischer Leistung zum Einsatz.
Mit Taste Simulation werden die Spitzenlastkessel in die Simulation einbezogen und die Ergebnisse wie auf der folgenden Seite dargestellt.
Um die KWK mit der herkömmlichen getrennten Erzeugung von Wärme und Strom vergleichen zu können, sind nun Angaben über die bestehenden bzw. alternativ vorgesehenen Anlagen zu machen. Hierzu die Taste Heizung.
Die alternative Kesselkonfiguration besteht aus drei Ölkesseln mit jeweils 1500 kW Leistung.
Da kein Heizkessel dieser Leistung vorhanden ist, nehmen wir einen alten Ölkessel mit 700 kW Leistung und ändern diesen entsprechend ab und speichern ihn mit dem Befehl „speichern unter“ unter einen neuen Namen.
Zuletzt wird nun mit Taste Stromproduktion der alternative Kraftwerkstyp für die Stromerzeugung angegeben. Hier besteht die Auswahl zwischen einem Kohlekraftwerk, einem Erdgas GuD-Kraftwerk sowie dem Kraftwerksmix der BRD des Jahres 1994 und 1999. Hier stehen sich unterschiedliche Philosophien gegenüber.
Hinter dem Kohlekraftwerk steht der Gedanke, dass durch den Einsatz von BHKWs langfristig die von den EVUs meist mit Kohlekraftwerken gedeckte Mittellast des gesamten Versorgungsnetzes reduziert wird. Bei dieser Wahl werden dann im Emissionsvergleich durch Einsatz der KWK die höchsten Reduzierungen bilanziert.
Hinter dem BRD-Mix steht die Auffassung, dass durch den Ausbau der KWK nicht nur Steinkohlekraftwerke, sondern der gesamte Kraftwerkspark, einschließlich der zur Grundlastdeckung betriebenen Kernkraftwerke, betroffen ist.
Es wird Mix BRD 2009 ausgewählt. Damit wird die Brennstoffbilanz bezogen auf den unteren Heizwert erstellt.
5. Erlöse berechnen
Hier sind mit Taste Auswahl der Strompreisregelung die Tarife für Strombezug, Stromeinspeisung und Reststrombezug festzulegen.
Beim Strom- und Reststrombezug wird der Tarif EVS-F2 ausgewählt. Bei der Stromeinspeisung wird der Wert nach EEX plus 0,5 ct/kWh (vermiedene Netzkosten) eingegeben. Der KWK-Bonus wird über die Taste Bonus nach KWK-2016 eintragen automatisch ergänzt.
7. Kosten berechnen
Die Angaben zu den Investitionskosten des BHKWs können wie folgt übernommen werden:
Zu beachten ist, dass die Investitionskosten für die Module bereits vom Programm berücksichtigt werden. Quelle hierfür ist die BHKW-Datenbank. Die Investitionen dürfen auf keinen Fall an dieser Stelle bei einer Position hinzugerechnet werden.
Bei den Betriebskosten ist ein spez. Vollwartungspreis von 0,022 €/kWhel anzusetzen, dieser muss bei Hersteller Projektabhängig erfragt werden.
Die Angaben für die Investitionen der Heizung der getrennten Erzeugung erfolgt mittels der Taste Daten von der KWK-Erzeugung übernehmen. Da die KWK-Anlage mit den alten Öl-Kessel verglichen werden soll, brauch hier keine Investitionskosten eingegeben werden.
Die Betriebskosten stellen sich folgendermaßen dar.
Nun fehlen noch die Angaben zu den Brennstoffkosten.
Die Mineralölsteuererstattung wird für den BHKW-Betrieb mit 5,50 €/MWh angegeben, die Stromsteuerersparnis mit –20,5 €/MWh.
Mit Taste Wirtschaftlichkeitsberechnung werden nun alle Kosten berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt:
Eine Aussage über die Wirtschaftlichkeit der KWK erlaubt der Überschuss. Ist dieser positiv, so ist die KWK die kostengünstigere Variante. Ein negativer Überschuss würde erhöhte Kosten durch Einsatz der KWK ausweisen.
Es zeigt sich auch, dass sich die unterschiedliche Behandlung bei der Mineralöl- und Stromsteuer für das BHKW sehr vorteilhaft auswirkt.
Aufgabenstellung 1b)
Gegeben: Projekt Krankenhaus in Frankfurt a.M.
Aufgabe:
Es soll geprüft werden, ob man durch Verzicht auf Einspeisung auf eine größere Wirtschaftlichkeit kommt.
Über das Hauptmenü Menü aufrufen und den Befehl Projekt speichern unter kann ein Projekt unter einem neuen Projektnamen abgespeichert werden.
Aufgabenstellung 1c)
Gegeben: Projekt Krankenhaus in Frankfurt a.M. plus Verwaltung und Schwesternwohnheim
Verwaltungsgebäude Baujahr 1948, saniert 2000
220 MWh Gasverbrauch (Heizung Bj. 1972)
Wohnheim Baujahr 1980, unsaniert
380 MWh Gasverbrauch (Heizung Bj. 1980)
Aufgabe:
Berechnung der Wirtschaftlichkeit des BHKW.
Über das Hauptmenü Menü aufrufen und den Befehl Projekt speichern unter kann ein Projekt unter einem neuen Projektnamen abgespeichert werden.
Wir ändern das vorhandene Verwaltungsgebäude über die Funktion Gebäude in DB ändern entsprechend den U-Werten eines gut sanierten Gebäudes.
Außenwand 0,28; Fenster 1,1; Dachfläche 0,22, Grundfläche 0,35 und Sonstiges 1,5.
Neuer Name Verwaltung-B-S-1xx
Mit der Taste „Speichern unter“ wird das neue Gebäude gespeichert und über die Funktion aus der Datenbank hinzufügen zur Gebäudeauswahl hinzugefügt. Im Dialog zur Eingabe des Brennstoffverbrauchs oder der Wohnfläche wird der Gasverbrauch und der Jahresnutzungsgrad der Heizkessel eingegeben.
Damit ist das neue Nahwärmenetzt definiert. Es werden jetzt noch die Netzverluste eingetragen, wir nehmen hier 10 % an. Danach kann die Simulation durchgeführt werden.
Die BHKW-Simulation kann jetzt auch neu simuliert werden. Die Betriebsweise erfolgt wieder Wärmegeführt.
