Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Wirtschaftlichkeitsanalyse von kleinen BHKWs (sog. Mikro-BHKW) für Ein- und Zweifamilienhäuser. Stand der Technik sind heute der Verbrennungsmotor, der Stirlingmotor und die Mikro-Gasturbine, wobei letztere sich gerade in ihrer Anlaufphase befindet. In dieser Arbeit erfolgt erst eine Untersuchung von Einsatzgebieten, der Funktionsweise sowie den eingesetzten Brennstoffen. Im Anschluss daran werden die 3 gängigen Antriebe mit Vor- und Nachteilen analysiert und die Unterschiede zwischen den eingesetzten Generatoren herausgearbeitet.
Um eine Aussage über die Wirtschaftlichkeit treffen zu können, wurde ein digitales Berechnungsprogramm erstellt, mit welchem die Wirtschaftlichkeit unter Angabe diverser Parameter für jeden Einzelfall bestimmt werden kann.
Das Tool bietet auch die Möglichkeit, die optimale Laufzeit und die optimale Leistung (Elektr./therm.) automatisch zu bestimmen. Für die Nachfrage nach elektrischer und thermischer Energie wurden Standardlastprofile für Haushalte herangezogen. Diese können je nach Personenzahl, Größe und Isolationsqualität der Wände beliebig skaliert werden oder durch manuelle Eingaben ersetzt werden.
Die Wirtschaftlichkeit wird über einen beliebigen Zeithorizont ermittelt und berücksichtigt die Verzinsung des Kapitals und sämtliche Einspeisevergütungen und Fördermöglichkeiten für ein BHKW. In einer Sensitivitätsanalyse werden weiterhin fluktuierende Strom- und Gaspreise in der Zukunft und deren Einfluss auf die Rentabilität von BHKWs herausgearbeitet.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Blockheizkraftwerke
- Definition und Klassifizierung
- Aufbau und Funktionsweise
- Wichtige Kennzahlen
- Brennstoffe
- Einsatzgebiete und Betriebskonzepte
- Generator und Motor
- Der Generator
- Der Synchrongenerator
- Der Asynchrongenerator
- Der Motor
- Der Gas-Ottomotor
- Der Stirlingmotor
- Die Mikrogasturbine
- Der Generator
- Wirtschaftlichkeitsanalyse eines Mikro-Blockheizkraftwerkes
- Rahmenbedingungen
- Wirtschaftliche und rechtliche Aspekte
- Gebäude und Nachfragestruktur
- Dimensionierung des BHKWs
- Die Wirtschaftlichkeitsanalyse
- Modell der Wirtschaftlichkeitsrechnung
- Realisierung mit Microsoft-Excel
- Ergebnisse
- Rahmenbedingungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Wirtschaftlichkeitsanalyse von Mikro-Blockheizkraftwerken (BHKW) für Ein- und Zweifamilienhäuser. Ziel der Arbeit ist es, die Wirtschaftlichkeit eines Mikro-BHKWs unter Berücksichtigung aller relevanten Faktoren für die Investition und unter Annahme repräsentativer Tageslastgänge für ein Zweifamilienhaus hinreichend genau abzuschätzen.
- Technische Grundlagen von Blockheizkraftwerken
- Aufbau, Betriebsweise und Einsatzmöglichkeiten von BHKWs
- Eingesetzte Generatoren und Motoren
- Wirtschaftlichkeit eines Mikro-BHKWs für ein Zweifamilienhaus
- Analyse der Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung von Vergütungs- und Fördermöglichkeiten
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Die Einleitung erläutert die Notwendigkeit einer effizienten Energienutzung und die Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) im Vergleich zur getrennten Erzeugung elektrischer und thermischer Energie. Sie stellt die zentrale Bedeutung der Blockheizkraftwerke (BHKW) als dezentrale KWK-Anlagen heraus und führt in die Zielsetzung und den Aufbau der Arbeit ein.
- Blockheizkraftwerke: Das Kapitel behandelt die Definition, Klassifizierung und Funktionsweise von Blockheizkraftwerken. Es werden verschiedene Antriebsaggregate wie Ottomotoren, Stirlingmotoren, Gasturbinen und Brennstoffzellen vorgestellt und wichtige Kennzahlen wie Ausnutzungsdauer, Benutzungsgrad, Brennstoffausnutzungsgrad und Stromkennzahl erläutert. Das Kapitel beleuchtet zudem verschiedene Brennstoffarten, die in BHKWs eingesetzt werden können, und analysiert die Einsatzgebiete und Betriebskonzepte von Blockheizkraftwerken.
- Generator und Motor: Dieses Kapitel geht auf die beiden wichtigsten Komponenten von Blockheizkraftwerken, den Generator und den Motor, ein. Es erläutert die Funktionsweise von Synchron- und Asynchrongeneratoren und beschreibt deren Vor- und Nachteile. Im weiteren Verlauf werden die Funktionsweise, Vor- und Nachteile des Gas-Ottomotors, des Stirlingmotors und der Mikrogasturbine erläutert.
- Wirtschaftlichkeitsanalyse eines Mikro-Blockheizkraftwerkes: Das Kapitel analysiert die Wirtschaftlichkeit eines Mikro-BHKWs für ein Zweifamilienhaus. Es werden die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen für die Förderung von KWK-Anlagen durch den Staat beleuchtet und modellhafte Daten für ein Zweifamilienhaus vorgestellt. Es wird ein geeignetes Mikro-BHKW dimensioniert und anhand der Annuitätenmethode eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt. Es wird die Abhängigkeit der Wirtschaftlichkeit von verschiedenen Einflussfaktoren, wie dem Gaspreis, dem Strompreis und dem KWK-Zuschlag, untersucht.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit Mikro-Blockheizkraftwerken, Kraft-Wärme-Kopplung, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Annuitätenmethode, Gas-Ottomotor, Stirlingmotor, Mikrogasturbine, Energieeffizienz, Emissionsreduktion, Förderung von KWK-Anlagen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Mikro-Blockheizkraftwerk (BHKW)?
Ein Mikro-BHKW ist eine kleine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die gleichzeitig Strom und Wärme für Ein- oder Zweifamilienhäuser erzeugt. Dies geschieht dezentral direkt am Ort des Verbrauchs.
Welche Motortypen werden in Mikro-BHKWs eingesetzt?
Gängige Antriebe sind der Gas-Ottomotor, der Stirlingmotor und zunehmend die Mikrogasturbine. Stirlingmotoren eignen sich besonders für den wartungsarmen Betrieb in Wohngebäuden.
Ist ein Mikro-BHKW wirtschaftlich für ein Privathaus?
Die Wirtschaftlichkeit hängt von der Auslastung, den Gas- und Strompreisen sowie staatlichen Förderungen (z. B. KWK-Zuschlag) ab. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse mittels Annuitätenmethode hilft bei der Bewertung des Einzelfalls.
Welche Vorteile bietet die Kraft-Wärme-Kopplung?
Der Hauptvorteil ist die hohe Energieeffizienz. Da die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme direkt zum Heizen genutzt wird, sinkt der Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen werden reduziert.
Welche Rolle spielen Einspeisevergütungen?
Nicht selbst genutzter Strom kann ins öffentliche Netz eingespeist werden. Dafür erhält der Betreiber eine Vergütung, die zusammen mit den eingesparten Stromkosten zur Amortisation der Anlage beiträgt.
- Quote paper
- Fabian Wälter (Author), 2014, Wirtschaftlichkeitsanalyse über Mikro-Blockheizkraftwerke für Ein- und Zweifamilienhäuser, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/309171
