BHKW-Plan: Berechnung einer Saunalandschaft

 

Praktische Übungen

Aufgabenstellung 6

Gegeben:

Eine geplante Saunalandschaft in Frankfurt a.M. mit folgenden Eckdaten:

max. Wärmebedarf	Gebäudeheizung	115 kW
	RLT-Anlagen	521 kW
	Warmwasserbereitung	290 kW
	Badewassererwärmung	108 kW
Jahreswärmebedarf	Statische Heizung (n. VDI 2067)	290 MWh
	RLT-Anlagen	1.673 MWh
	Warmwasserbereitung	304 MWh
	Badewassererwärmung	266 MWh
	Gesamt	2.533 MWh

Die Nutzfläche wird mit ca. 2.600 m² angegeben. Täglich werden etwa 350 Besucher erwartet. Die Anlage hat keinen Ruhetag, in den Osterferien wird für eine Woche geschlossen.

Aufgaben:

• Berechnung des Wärme- und Strombedarfs
• Definieren von Warmwasserbereitung und Badewassererwärmung als Prozesswärme
• Auslegung eines BHKW auf (möglichst) vollständige Eigennutzung der Stromerzeugung

 

 

Lösungsweg

Wärmebedarf berechnen

Nachdem in BHKW-Plan ein neues Projekt angelegt und benannt worden ist, wird zunächst die Klimazone bestimmt.

Zur Auswahl stehen die TRY-Zonen (Test Reference Year) des Deutschen Wetterdienstes. Im Beispiel wird der Datensatz Demo ausgewählt.

Jetzt muss ein Gebäude aus der Gebäudedatenbank ausgewählt werden. Es wird ein Gebäude Hallenbad ausgesucht. Dazu wird die Datenbank auf Nichtwohngebäude und Hallenbad gestellt.

Mit der Taste „Gebäude in DB ändern“ können bei Bedarf die U-Werte der Gebäudehülle, Dach-, Grund-, und Fensterflächen übergeprüft werden.

Mit der Taste „Weiter Eingaben“ kann hier vor allem noch die Luftwechselrate überprüft werden.               

Die Luftwechselrate sollte entsprechend den Anforderungen an die RLT-Anlage dimensioniert werden. Falls die Daten geändert werden, muss der Dialog mit der Taste „Überschreiben“ verlassen werden. Mit der Taste „Speichern unter“ kann das Gebäude unter einem neuen Namen gespeichert werden.

Das Gebäude wird mit der Taste „<- Gebäude aus der Datenbank hinzufügen“ ausgewählt und über die gegebene Nutzfläche von 2.600 m² dimensioniert. Nun kann das Gebäude simuliert werden.

Die Summe der Leistung von Gebäudeheizung und RLT-Anlage sowie die Addition des Jahreswärmebedarfs der beiden stimmt mit den Angaben der Aufgabenstellung ungefähr überein. (Es kann auch die Gebäudeheizung allein berechnet werden. Dann wird die Luftwechselrate = 0 gesetzt und das Gebäude unter einem anderen Namen gespeichert.)

Es wird zum Wärmebedarf spezieller Prozesse übergegangen.

Bei Hallenbädern ist meist der Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung (Duschwasser) gesondert anzugeben. Die Beckenwasseraufheizung ist als eigenständiger Prozess darzustellen.

Mit Prozesswärme und Typ in DB ändern wird unter dem Namen Warmwasserbereitung ein neuer Tagestyp definiert, der für Montag, aber auch für die andern Wochentage, die abgebildeten Werte annehmen soll.

Dann wird mit Prozess in DB ändern die „Type C“ mit der Beschreibung „Wärmebedarf ist jahreszeitlich unabhängig“ aufgerufen. Ihr wird der Tagestyp „Warmwasserbereitung“ zugeordnet und nach der Eingabe eines neuen Namens „Warmwasserbereitung_Saunalandschaft“ mit Speichern unter abgelegt.

Zurück in der Anwendung wird der Jahresverbrauch auf 304 MWh hochskaliert, entsprechend der Aufgabenstellung.

Als nächster Prozess wird die Beckenwasseraufbereitung definiert. Die Monatswerte hier berücksichtigen korrekt, dass die Monate unterschiedlich viele Tage haben.

Der zugeordnete Tagestyp heißt CONT. Dieser ist ein kontinuierlicher Prozess mit dem Wert 1 für alle Wochenstunden.

Mit Ändern des Jahresverbrauchs wird der Bedarfswert 266 MWh eingegeben. Der Gesamtprozesswärmebedarf wird mit 570 MWh beziffert.

Anschließend wird simuliert und das Ergebnis in der Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs dargestellt.

Alle relevanten Daten liegen natürlich auch als Zahlenwerte vor.

 

 

Strombedarf berechnen

Ähnlich wie bei der Definition des Prozesswärmebedarfs ist für den Strombedarf eine Wochenganglinie anzugeben. Außerdem muss eine Verlaufskurve für das Jahr festgelegt werden.

Es wird der Stromverbraucher Hallenbad1 ausgesucht. Anschließend wird der jährliche Stromverbrauch mit 900 MWh/a eingegeben. Die Jahresstundenwerte werden dann entsprechend dieses Jahreswertes skaliert.

 

 

Wärme- und Stromerzeugung

Anhand der Jahresdauerlinie können nun die Modulleistungen festgelegt werden. Hier werden zwei Module mit je ca. 115 kWth angesetzt. Dies entspricht etwa 30% des Maximalwärmebedarfs. Die Module der verschiedenen Anbieter stehen mit den relevanten technischen Daten sowie einigen Angaben zu Investitionskosten, Nutzungsdauer und Raumbedarf in einer Modul-Datenbank bereit. Es werden zwei Vitobloc 200 EM-70/115-Module mit 115 kW thermischer und 70 kW elektrischer Leistung ausgewählt, die Betriebsweise ist wärmegeführt.

Auch die Auswahl des Spitzenlastkessels erfolgt über Zugriff auf eine frei erweiterbare Datenbank. Es wird der Heizkessel Gas_NT_740 ausgewählt.

Um Aussagen über Brennstoffverbrauch, Wirtschaftlichkeit und Emissionsbilanz zu erhalten, wird das BHKW mit einer Kombination aus Heizkessel und öffentlicher Stromversorgung verglichen.

Für die konventionelle Wärmebereitstellung wird der Kessel Gas _NT_810 angenommen.

Beim Strom steht hierbei zur Wahl, ob der Kraftwerksmix der BRD, ein herkömmliches Steinkohlekraftwerk oder ein GuD-Kraftwerk zum Emissionsvergleich herangezogen werden soll. Es wird der Kraftwerksmix BRD 2009 ausgewählt.

Außerdem wird ein Netzverlust von 5% angegeben.

Anschließend kann die Energiebilanz angezeigt werden.

Nachdem nun alle technischen Angaben zur Bedarfsstruktur erfolgt sind, können die Kosten und Erlöse definiert werden.

Erlöse berechnen

Zur Ermittlung der Erlöse aus vermiedenem Strombezug und Stromeinspeisung sind zunächst die Tarifstrukturen von entscheidender Bedeutung. Einige Tarifmodelle der deutschen Energieversorgungsunternehmen liegen zur Auswahl bereit.

Taste „Auswahl der Strompreisregelungen“ drücken.

Taste „neu“ beim Strombezug drücken und die folgenden Annahmen eingeben.

Unter Zeiten festlegen bzw. „Eingabe“ erfolgt die Eingabe der HT- und NT-Zeiten.

Anschließend über „OK“ und „Speichern“ die neu erzeugte Preisregelung abspeichern und für den Strom- und den Reststrombezug auswählen.

Für die Stromeinspeisung wird eine Vergütung von 0,058 €/kWh angenommen. Der Bonus für den KWK-erzeugten Strom wird durch die Taste „Bonus nach KWK-2016 eintragen“ automatisch berechnet.

Taste „Erlösberechnung“ drücken.

Aus den Ergebnissen für die Erlösrechnung sieht man, dass sich die Stromeinspeisung nicht lohnt. Hier beträgt der spezifische Erlös für die eingespeiste Kilowattstunde nur 0,058 €/kWhel (plus den Bonus) gegenüber dem vermiedenen Strombezug mit 0,13 €/kWhel (plus den Bonus).

 

Kosten berechnen

Die Investitionskosten sind vom Planer anzugeben und werden für das BHKW-System wie folgt angenommen.

Die Investitionskosten des Referenzsystems werden mit „Daten von der KWK-Erzeugung übernehmen“ übernommen. Sie können selbstverständlich auch von Hand eingegeben werden.

Anschließend werden die Betriebskosten eingegeben.

Die Betriebskosten des BHKWs können entweder als Vollwartungskosten bezogen auf die elektrische Arbeit in €/kWh_el oder, wie nach VDI 2067 üblich, als Prozentangabe der Investitionskosten angegeben werden.

Dann werden die Brennstoffkosten mit einem Gasarbeitspreis von 0,045 €/kWh H_o und einem Leistungspreis von 12,5 €/kW festgelegt.

Auch die Strom- und Energiesteuergutschriften werden eingegeben.

Schließlich wird das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsrechnung auf dem Bildschirm wie folgt ausgegeben:

Oft reichen die finanziellen Vorteile der KWK allein nicht aus, um Investoren eine eindeutige Empfehlung für das BHKW zu geben. Da die Bilanzierung der Emissionen die Entscheidungsfindung stark beeinflussen kann, werden auch diese angegeben.