Auslegung/Optimierung der BHKW-Anlage

Eine entscheidende Aufgabe bei der Modulplanung bzw. der Erarbeitung eines belastbaren Vorschlags für eine Anlagenkonfiguration ist die Auslegung. Sie hat entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit.

Wir empfehlen dazu, die Anlagen-Parameter grob vor zu dimensionieren. Eventuell helfen dabei die „Automatik“ der Felder. Wichtig ist dabei im Grunde weniger die absolute Leistung (thermisch und elektrisch), sondern das Verhältnis der beiden Werte (ausgedrückt z.B. in der Stromkennzahl (= P_el / P_therm; typischer Weise 0,3 – bei Brennstoffzellen 0,5) und der Gesamtwirkungsgrad (in der Regel um 0,9). Dazu kommt ein passender Speicher. Die thermische Gesamtleistung von KWK-Modul und Spitzenlastkessel sollte der Gebäudeheizlast entsprechen. Das KWK-Modul kann als Anfangswert für die thermische Leistung 30% der Kesselnennleistung erhalten.

Grundsätzliches Vorgehen bei der Optimierung: Die Größe des KWK-Moduls wird schrittweise (unterhalb von 10 kW in 100 W-Schritten, darüber in 1 kW-Schritten) vergrößert und komplett simuliert. Dabei bleiben die Verhältnisse erhalten (Stromleistung zu Wärmeleistung, spezifische Pufferspeichergröße, Modulationsbereich usw.). Die Ergebnisse jedes Schrittes werden festgehalten.

Die Optimierung kann wahlweise auf bestimmte Ziele hin erfolgen:

Vollbenutzungsstunden: in der Regel arbeitet ein KWK-Modul ab einer Dauer von 4.000 Volllaststunden wirtschaftlich. Durch die Vorgabe „Vollbenutzungsstunden“ kann man eine Modulgröße berechnen, bei der diese Stundenzahl (z.B. 4.500 h) erreicht wird. Will man einen wirtschaftlichen Betrieb erreichen, ist dies die Hauptmethode der Optimierung.

Wärmedeckung: es kann auch Ziel der Auslegung sein, eine hohe wärmeseitige Auslastung zu erreichen. Bei Mikro-KWK kann dies bis zu einer Monovalenz (100%) reichen. Ein gewünschter Deckungsanteil wird vorgegeben (z.B. 80%) und so lange simuliert, bis diese Auslastung erreicht wird. Ist sie nicht erreichbar (z.B. wegen der Betriebszeiten), wird das entsprechend signalisiert bzw. bleibt beim Maximum stehen. Hinweis: DIN V 18599-9 geht als Standardwert von 80% aus.

Stromdeckung: gleiches Prinzip gilt auch für die Stromdeckung. Hier ist das Herantasten an die Deckung aber ungleich schwieriger, da das (Gebäude-)BHKW grundsätzlich wärmegeführt betrieben wird. Es kann also leicht vorkommen, dass eine gewünschte Deckung gar nicht oder nur unter extrem ungünstigen Umständen erreicht wird. Diese Methode sollte also nur untergeordnet verwendet werden, zum Beispiel unter der Fragestellung: erreiche ich bzw. wie erreiche ich Autarkie? Bei solchen Fragestellungen kann es sinnvoll sein, die Kesselleistung zu fixieren, da sonst die Optimierung bei erreichter Heizlast stoppt.

Kapitalwert: die höchste Wirtschaftlichkeit ist durch den größten Kapitalwert gekennzeichnet. Hier wird also bis zu einem Optimum des Kapitalwerts simuliert. Oft erreicht man eine hohe Wirtschaftlichkeit in diesem Sinne mit sehr kleinen und damit sehr lange laufenden Modulen. Im Sinne eines hohen KWK-Anteils an der Wärmebedarfsdeckung – mit entsprechend besserer Umweltwirkung - ist jedoch ein größeres Modul besser. Daher sollte auch diese Optimierung nur hilfsweise eingesetzt werden. Der Kapitalwert kann auch mehr oder weniger deutlich im negativen Bereich liegen. In diesem Falle amortisieren sich die Mehrkosten gegenüber einer reinen Kesselanlage nie. In diesem Falle wird nach dem geringsten Verlust gesucht.

Wir empfehlen also im Regelfall eine Optimierung auf 4.500 oder 5.000 Vollbenutzungsstunden. Jedoch kann je nach Anwendungsfall eine andere Methode in Frage kommen. Ob und wie wirtschaftlich die Anlage betrieben wird, kann im Reiter Wirtschaftlichkeit erkannt werden.

Die Optimierung wird mit dem Schalter „Optimieren“ gestartet. Die Optimierung dauert in der Regel einige Sekunden. In dieser Zeit bewegen sich die Fortschrittsbalken auf der rechten Seite der Maske.

Auf der linken Seite des Dialogs werden die aktuell eingestellten Anlagendaten angezeigt. Diese Daten stammen aus dem Reiter BHKW-Beschreibung und bilden die Grundlage für die Darstellungen in der Simulation und der Wirtschaftlichkeit.

In der Optimierungsmaske kann noch ausgewählt werden, ob die Kessel- und/oder Speichergröße des aktuellen Zustands während des Optimierens konstant gehalten werden soll (Klickfelder). Dies ist z.B. dann sinnvoll, wenn ein bestehender Kessel bzw. Speicher bestehen bleiben soll. Auch kann dies sinnvoll sein, wenn man die Abbruchbedingung „Erreichen der Heizlast bei BHKW-Monovalenz“ umgangen werden soll. Ansonsten wird ja die Optimierung so lange durch geführt, bis die Heizlast (= thermische Gesamtleistung von BHKW+Kessel) erreicht ist (P,Kessel = 0, P,BHKW = Heizlast).

Auf der rechten Seite finden sich nach erfolgter Optimierung die optimalen Anlagenparameter sowie eine Auswahl an Ergebnissen.

Die optimalen Anlagenparameter können nun in die aktuellen Parameter übernommen werden. Die aktuellen Parameter werden damit überschrieben, so dass nun die optimalen Anlagendaten die Grundlage für Simulation und Wirtschaftlichkeit bilden.

Nun kann, basierend auf der optimalen Anlage, ein konkretes Produkt aus der Datenbank ausgewählt werden. Dazu dient der Schalter oben links in der Schalterleiste.

Sind Sie mit dem Ergebnis zufrieden kann – bei in EVEBI eingebettetem Modul – diese Anlage (d.h. das KWK-Modul, der Kessel und der Speicher) in das Projekt übernommen werden zur weiteren Berechnung. Dazu dient der zweite Schalter in der Schalterleiste (Pfeilsymbol).