TY - THES

T1 - Maximierung des Autarkiegrades bei sog. stromerzeugenden Heizungen

AU - Knöttner, Alexander

N1 - gesperrt bis null

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Der Einsatz von µKWK-Anlagen für die elektrische und thermische Versorgung von Wohnhäusern, Gewerbebetrieben und Bürogebäuden hat aufgrund einiger technischer Entwicklungen in den letzten Jahren einen Aufschwung erlebt. Um diese Nutzung wirtschaftlich attraktiv zu gestalten, ist es nötig die erzeugte elektrische Energie in möglichst hohem Ausmaß direkt und selbst zu verbrauchen. Andernfalls ist eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz erforderlich, die bei den heute herrschenden Bedingungen die wirtschaftliche Attraktivität solcher Anlagen zum Teil stark reduziert. Man spricht in diesem Zusammenhang vom elektrischen Autarkiegrad als Verhältnis des Anteils an verbrauchtem Strom aus Eigenerzeugung zur gesamten, benötigten elektrischen Energie eines Objektes. Die Maximierung des Autarkiegrades muss demnach das Ziel sein, um eine wirtschaftlich rationale Nutzung von µKWK-Anlagen zu ermöglichen. Aufbauend auf dieser Problemstellung wird in der vorliegenden Arbeit die Möglichkeit der Optimierung des elektrischen Autarkiegrades und anderen wesentlichen Betriebskennzahlen einer µKWK-Anlage untersucht. Dabei wird ein System aus µKWK-Anlage, Spitzenlastbrenner, thermischem Speicher und optional elektrischem Speicher auf Grundlage von Referenzlastprofilen der VDI-Richtlinie 4655 simuliert und die daraus erhaltenen Ergebnisse analysiert. Es werden verschiedene Betriebsstrategien für µKWK-Anlagen untersucht und die durch intelligente Regelungsstrategien erzielbaren Verbesserungen aufgezeigt. Aufgrund bisher kaum vorhandener Arbeiten zu diesem Aspekt liegt ein Fokus dieser Arbeit auf der Bewertung eines elektrischen Speichers als zusätzliche Komponente in dem beschriebenen System aus Teilanlagen. Dabei wird sowohl die Auswirkung auf energetische Kennzahlen (Autarkiegrad, Wirkungsgrad, Austauschenergie mit dem öffentlichen Netz...) analysiert, als auch eine wirtschaftliche Bewertung mittels Annuitätsrechnung nach VDI 2067 durchgeführt. Dieses Vorgehen wird einerseits für µKWK-Anlagen mit Erdgas als Energiequelle und andererseits für µKWK-Anlagen mit Biomassevergasung und anschließender Verbrennung durchgeführt. Die Analyse weist ein großes Verbesserungspotential der energetischen und wirtschaftlichen Betriebsparameter einer µKWK-Anlage durch geeignete Dimensionierung und Wahl der Betriebsstrategie auf. Trotz Verbesserungen zeigt die Arbeit eine herkömmliche, getrennte Energieversorgung unter den aktuellen Rahmenbedingungen wirtschaftlich attraktiver.

AB - Der Einsatz von µKWK-Anlagen für die elektrische und thermische Versorgung von Wohnhäusern, Gewerbebetrieben und Bürogebäuden hat aufgrund einiger technischer Entwicklungen in den letzten Jahren einen Aufschwung erlebt. Um diese Nutzung wirtschaftlich attraktiv zu gestalten, ist es nötig die erzeugte elektrische Energie in möglichst hohem Ausmaß direkt und selbst zu verbrauchen. Andernfalls ist eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz erforderlich, die bei den heute herrschenden Bedingungen die wirtschaftliche Attraktivität solcher Anlagen zum Teil stark reduziert. Man spricht in diesem Zusammenhang vom elektrischen Autarkiegrad als Verhältnis des Anteils an verbrauchtem Strom aus Eigenerzeugung zur gesamten, benötigten elektrischen Energie eines Objektes. Die Maximierung des Autarkiegrades muss demnach das Ziel sein, um eine wirtschaftlich rationale Nutzung von µKWK-Anlagen zu ermöglichen. Aufbauend auf dieser Problemstellung wird in der vorliegenden Arbeit die Möglichkeit der Optimierung des elektrischen Autarkiegrades und anderen wesentlichen Betriebskennzahlen einer µKWK-Anlage untersucht. Dabei wird ein System aus µKWK-Anlage, Spitzenlastbrenner, thermischem Speicher und optional elektrischem Speicher auf Grundlage von Referenzlastprofilen der VDI-Richtlinie 4655 simuliert und die daraus erhaltenen Ergebnisse analysiert. Es werden verschiedene Betriebsstrategien für µKWK-Anlagen untersucht und die durch intelligente Regelungsstrategien erzielbaren Verbesserungen aufgezeigt. Aufgrund bisher kaum vorhandener Arbeiten zu diesem Aspekt liegt ein Fokus dieser Arbeit auf der Bewertung eines elektrischen Speichers als zusätzliche Komponente in dem beschriebenen System aus Teilanlagen. Dabei wird sowohl die Auswirkung auf energetische Kennzahlen (Autarkiegrad, Wirkungsgrad, Austauschenergie mit dem öffentlichen Netz...) analysiert, als auch eine wirtschaftliche Bewertung mittels Annuitätsrechnung nach VDI 2067 durchgeführt. Dieses Vorgehen wird einerseits für µKWK-Anlagen mit Erdgas als Energiequelle und andererseits für µKWK-Anlagen mit Biomassevergasung und anschließender Verbrennung durchgeführt. Die Analyse weist ein großes Verbesserungspotential der energetischen und wirtschaftlichen Betriebsparameter einer µKWK-Anlage durch geeignete Dimensionierung und Wahl der Betriebsstrategie auf. Trotz Verbesserungen zeigt die Arbeit eine herkömmliche, getrennte Energieversorgung unter den aktuellen Rahmenbedingungen wirtschaftlich attraktiver.

KW - µKWK

KW - µKWK-Einsatzoptimierung

KW - µKWK-Dimensionierung

KW - elektrische Speicher

KW - VDI4655

KW - VDI4656

KW - VDI2067

KW - µCHP

KW - energy storage

KW - VDI4655

KW - VDI4656

KW - VDI2067

KW - residential application

M3 - Masterarbeit

ER -