Programm Dokumentation/Berechnung/BHKW

Was berechnet wird

Ein Blockheizkraftwerk erzeugt Wärme und Strom gleichzeitig; welche der beiden Größen die Maschine führt, entscheidet die Betriebsart des Projekts. Der Lauf ermittelt Stunde für Stunde, welche Module laufen und mit welcher Leistung, und bildet daraus die Wärmeproduktion, die Stromproduktion, den Brennstoffverbrauch, die Emissionen und die Vollbenutzungsstunden — thermisch wie elektrisch.

Der erzeugte Strom deckt zuerst den Strombedarf des Projekts; was darüber hinausgeht, ist Stromüberschuss und wird als solcher getrennt weitergereicht — er ist keine Photovoltaikerzeugung und wird nicht wie eine solche vergütet. Die KWK-Zuschläge, die Vergütung des Stroms und die Steuerentlastungen sind Sache der Wirtschaftlichkeit; der Lauf liefert ihr die Mengen und die Betriebsstunden.

Eingangsgrößen

Größe	Einheit	Herkunft im Programm
Offener Wärmebedarf je Kanal	kWh je Stunde	Ergebnis der vorgelagerten Kaskadenstufen
Strombedarf	kWh je Stunde	Strombedarf des Projekts
Betriebsart (wärmegeführt / stromgeführt / ohne Einspeisung)	—	Simulationskonfiguration; sie gilt für das ganze Projekt, nicht je Modul
Thermische Nennleistung	kW	BHKW-Katalog, Feld „P thermisch"
Elektrische Nennleistung	kW	BHKW-Katalog, Feld „P elektrisch"
Gesamtwirkungsgrad (elektrisch + thermisch)	— bzw. %	BHKW-Katalog, Feld „Wirkungsgrad"
Grenzleistung (Modulationsgrenze)	%	BHKW-Katalog, Feld „Grenzleistung"; ersatzweise das Feld „Grenzleistung" der Projektzeile im Dialog „BHKW"
Projektweite Leistungsuntergrenze	%	Simulationskonfiguration; Vorgabe 30 %, wenn nicht gepflegt
Brennstoff (Energieträger)	—	BHKW-Katalog; im Projekt änderbar über „Brennstoff Variante"
Emissionsfaktoren CO₂, SO₂, NOₓ, CO, Staub	g/MWh	BHKW-Katalog — beim BHKW zählen die Gerätewerte, anders als beim Heizkessel
Vorlauf, Rücklauf	°C	Dialog „BHKW", Abschnitt „Modul"
Wärmesenken und Ladeaufträge	—	Simulationskonfiguration, Karte des BHKW
Ladepriorität	1…99	Simulationskonfiguration; Vorgabe 30 für das BHKW

Formelzeichen und Parameter

Die Schreibweise ist die der ganzen Rubrik: t ist die Stunde des Jahres (1…8 760), P eine Leistung, Q eine Wärmemenge, E eine Strommenge, η ein Wirkungsgrad, ϑ eine Temperatur in Grad Celsius. Weil eine Stunde lang ist, sind Leistung und Energie hier zahlengleich. Der Index th steht für thermisch, el für elektrisch.

Parameter

Eingaben, Katalogwerte, Vorgaben und Konstanten. Sie ändern sich innerhalb eines Laufs nicht.

Symbol	Bedeutung	Einheit	Herkunft
Pth	thermische Nennleistung des Moduls	kW	BHKW-Katalog, Feld „P thermisch"
Pel	elektrische Nennleistung des Moduls	kW	BHKW-Katalog, Feld „P elektrisch"
η	Gesamtwirkungsgrad, elektrisch und thermisch zusammen	—	BHKW-Katalog, Feld „Wirkungsgrad"
xKat	Grenzleistung des Geräts (kleinste zulässige Teillast)	%	BHKW-Katalog, Feld „Grenzleistung"
xProj	projektweite Leistungsuntergrenze	%	Simulationskonfiguration, Feld „Grenzleistung" der Projektzeile
x0	Modulationsgrenze, wenn keine der beiden gepflegt ist	—	Vorgabe: 0,30 (30 %)
IDB	Kennung des Brennstoffs	—	BHKW-Katalog; im Projekt über „Brennstoff Variante" änderbar
fE	Emissionsfaktor je Schadstoff (CO₂, SO₂, NOx, CO, Staub)	g/MWh	BHKW-Katalog — die Gerätewerte, nicht der Energieträgerkatalog
ϑVL, ϑRL	Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Moduls	°C	Dialog „BHKW", Abschnitt „Modul" (Projektzeile); der Katalogsatz ist die Vorbelegung
r	Ladepriorität des Moduls in der Ladeordnung	—	Simulationskonfiguration; Vorgabe: 30 (Solarthermie 10, Wärmepumpe 20, Heizkessel 40)
Nmax	größte Zahl Module je Projekt	Stück	Konstante: 10

Variablen

Größen, die der Lauf je Stunde oder je Modul bildet.

Symbol	Bedeutung	Einheit	berechnet in
t	Stunde des Jahres, 1…8 760	—	Laufindex der Stundenschleife
SKZ	Stromkennzahl des Moduls	—	(1)
xmin	Modulationsgrenze als Faktor (0,5 = 50 % Teillast)	—	(2) und (3)
RQ(t)	offener Wärmebedarf der Stunde	kWh	Eingang aus der Kaskade
S(t)	freier Raum im zugeordneten Pufferspeicher	kWh	Pufferspeicher (Eingang)
RE(t)	Reststrombedarf vor dem Modul	kWh	Strombilanz (Eingang)
Q(t)	Wärmeproduktion des Moduls in dieser Stunde	kWh	Schritt 2, Fahrweisentabellen
E(t)	Stromproduktion des Moduls in dieser Stunde	kWh	(4) bzw. (5)
Qdirekt(t)	Anteil, der unmittelbar Bedarf deckt	kWh	(6)
Qlad(t)	Anteil, der in einen Pufferspeicher geht	kWh	(6)
Qüber(t)	Wärmeüberschuss — verworfene Wärme	kWh	(6)
RE′(t)	Reststrombedarf nach dem Modul; negativ = Stromüberschuss	kWh	(7)
Qa	Wärmeproduktion des Moduls im Jahr	MWh	Jahressumme über Q(t)
Ea	Stromproduktion des Moduls im Jahr	MWh	Jahressumme über E(t)
QB,a	Brennstoffverbrauch des Moduls im Jahr	MWh	(8)
mE	Jahresemission je Schadstoff	kg	(9)
PGas,max	Gasspitze des Projekts	kW	(10)
hth	thermische Vollbenutzungsstunden des Moduls	h/a	(11)
hel	elektrische Vollbenutzungsstunden des Moduls	h/a	(12)
hel,ges	leistungsgewichtete elektrische Vollbenutzungsstunden der Anlage	h/a	(13)

Rechenweg

Gerechnet wird im festen Jahresraster von 8 760 Stunden. Höchstens N_max = zehn Module je Projekt gehen in die Rechnung ein; sie werden in jeder Stunde in ihrer Listenreihenfolge nacheinander zugeschaltet.

Schritt 1 — Kennwerte auflösen

Je Modul werden thermische und elektrische Nennleistung, der Gesamtwirkungsgrad, der Brennstoff und die fünf Emissionsfaktoren aus dem Katalog gelesen. Die Stromkennzahl ist das Verhältnis der beiden Nennleistungen:

SKZ = P_el / P_th   (1)

Die Modulationsgrenze ist ein Faktor (0,5 = 50 % Teillast). Sie kommt aus dem Katalog, sofern dort ein Wert steht; sonst gilt die projektweite Leistungsuntergrenze. Beide Werte werden als Prozentangaben gepflegt und durch 100 geteilt:

x_min = x_Kat / 100  für x_Kat > 0 ,  sonst x_min = x_Proj / 100   (2)

x_Proj = 0  →  x_min = x₀ = 0,30   (3)

Schritt 2 — Die drei Fahrweisen

Je Stunde steht ein Wärmeraum R_Q(t) + S(t) zur Verfügung: der offene Momentanbedarf plus der freie Raum im zugeordneten Pufferspeicher. Der Speicher wird dabei als Spiegel geführt — sein Zuwachs ist die zu ladende Menge, der Rückgang des Restbedarfs die Direktdeckung.

Wärmegeführt (Standard). Je Modul, in Listenreihenfolge:

Bedingung	Wärme Q(t)	Strom E(t)
Pth ≤ RQ(t) + S(t)	Pth (Volllast)	Pel
Pth · xmin ≤ RQ(t) + S(t) < Pth	RQ(t) + S(t) (Teillast)	nach (4)
RQ(t) + S(t) < Pth · xmin	0 — das Modul bleibt aus	0

E(t) = P_el · Q(t) / P_th   (4)

Stromgeführt (Wirtschaftlich). Die Module folgen dem Strombedarf; die Wärme ist Koppelprodukt. Eine Speichergrenze gibt es in der Zuschaltung nicht — was über den Wärmebedarf hinaus entsteht, geht in die Ladephase und, wenn dort nichts mehr aufnimmt, in den Wärmeüberschuss.

Bedingung	Strom E(t)	Wärme Q(t)
Pel < RE(t)	Pel (Volllast)	Pth
Pel · xmin ≤ RE(t) ≤ Pel	RE(t) (Teillast)	nach (5)
RE(t) < Pel · xmin	0 — das Modul bleibt aus	0

Q(t) = P_th · E(t) / P_el   (5)

Ohne Einspeisung (Zero-Export). Zwei Durchläufe über die Module: erst die wärmeseitige Zuschaltung (dieselben drei Fälle wie wärmegeführt), dann die stromseitige. In beiden gilt zusätzlich die Zero-Export-Bedingung: Reicht der Strombedarf nicht, bleibt das Modul aus — eingespeist wird nichts. Ein Modul, dessen Teillaststrom P_el · x_min noch über R_E(t) läge, wird also abgeregelt, auch wenn Wärme gebraucht würde.

Schritt 3 — Wärme unterbringen

Die erzeugte Wärme geht in drei Wege, und jede kWh geht genau einen davon:

Q(t) = Q_direkt(t) + Q_lad(t) + Q_über(t)   (6)

Die Direktdeckung läuft über die Direktsenken des Moduls, bei der Senkenart „beides" mit Warmwasservorrang. Ein Modul, dessen Hauptsenke ein Puffer ist, deckt in dieser Phase nichts — es läuft erst in der Ladephase gegen den Bilanzraum des Speichers; sonst wäre dieselbe kWh zweimal gebucht. Der Überschuss Q_über ist Wärme, die weder gedeckt noch gespeichert werden konnte; sie ist verworfen.

Mit dem Vorgaberang r = 30 lädt das BHKW nach Solarthermie (10) und Wärmepumpe (20), aber vor dem Heizkessel (40).

Schritt 4 — Strom

Die Stromproduktion der Stunde mindert den Strombedarf des Projekts:

R_E′(t) = R_E(t) − E(t)   (7)

Bleibt R_E′(t) negativ, ist das BHKW-Stromüberschuss: Er wird bewusst nicht auf 0 geklemmt, damit ein Stromspeicher ihn laden kann, wird aber im Photovoltaikzweig getrennt ausgewiesen und nicht als PV-Einspeisung behandelt.

Schritt 5 — Verbrauch, Emissionen, Laufzeiten

Aus den Jahressummen je Modul:

Q_B,a = ( Q_a + E_a ) / η   (8)

Die Emissionen folgen diesem Verbrauch, mit den Faktoren des Geräts:

m_E = Q_B,a · f_E / 1 000   (9)

Der Verbrauch geht auf denselben Satz Brennstoffzähler wie beim Heizkessel (Gas 1…5 und 14, Öl 6…9 und 18…22, Koks 10, Kohle 11, Holz 12, Pellets 15, Rapsöl 16, tierische Fette 17, alles Übrige auf den Sammelposten). Bei Gasmodulen kommt die Gasspitze dazu:

P_Gas,max = Σ_Gasmodule P_th · (1 + SKZ) / η   (10)

Die Laufzeiten sind Vollbenutzungsstunden, keine Betriebsstunden:

h_th = Q_a / P_th · 1 000   (11)

h_el = E_a / P_el · 1 000   (12)

Der Faktor 1 000 rechnet die MWh des Zählers auf die kW des Nenners um. Ein Modul, das ein Jahr lang zur Hälfte moduliert läuft, hat 8 760 Betriebsstunden, aber nur 4 380 thermische Vollbenutzungsstunden. Die Summe über mehrere Module kann 8 760 deshalb überschreiten. Für die Anlage insgesamt wird die elektrische Kennzahl leistungsgewichtet gebildet:

h_el,ges = ( Σ_Module E_a ) / ( Σ_Module P_el ) · 1 000   (13)

Module ohne gepflegte elektrische Nennleistung bleiben in Zähler und Nenner außen vor.

Grenzen und Annahmen

• Die Betriebsart gilt für das ganze Projekt. Zwei Module mit unterschiedlicher Fahrweise

 lassen sich nicht abbilden.

• Ein Wirkungsgrad, keine Teillastkennlinie. η gilt unabhängig von der Auslastung; ein

 moduliertes Modul rechnet mit demselben Wert wie ein voll laufendes. Auch die Stromkennzahl SKZ
 bleibt in Teillast unverändert — das ist die Aussage von (4) und (5).

• Keine Taktung, keine Mindestlaufzeit, keine Anfahrverluste. Ein Modul läuft in einer Stunde

 ganz, moduliert oder gar nicht.

• Keine Bereitschaftsverluste im Stillstand — anders als beim Heizkessel gibt es dafür keinen

 Katalogwert.

• Der Sommerbetrieb des Vorläufers ist entfallen. Die alte Fassung trug einen zweiten

 Zuschaltweg für die Tagesstunden 11…21 samt zwei Notschaltungen bei 10 und 20 %; er war
 hinter einer Bedingung eingeschlossen, die für jede Stunde des Jahres wahr ist, und damit
 unerreichbar. Sein Entfernen war ergebnisneutral. Ihn zurückzuholen wäre eine fachliche
 Änderung.

• `Investition je kW elektrisch` ist eine Dublette ohne Leser (Befund W14a‑E‑8‑B3): Der Wert

 wird seit dem 22.08.2026 aus den fünf Einzelposten abgeleitet und schreibgeschützt
 angezeigt; die Kostenplanung rechnet mit den Posten selbst. Er ist richtig, aber er geht in keine
 Rechnung ein.

• Vor- und Rücklauf des Katalogs sind die Vorbelegung: Beim Anlegen der Anlage im Projekt

 werden sie aus dem Katalogsatz übernommen und können dort für das Projekt geändert werden.
 Gerechnet wird mit den Werten der Projektzeile (Anlage), nicht mit dem Katalogsatz.

• Die Energieprobe ist ein Entwickler-Selbsttest. Der Lauf rechnet (6) nach — über die

 Jahressumme mit einer Toleranz von 1 kWh und über jede einzelne Stunde mit 0,01 kWh.
 Sie prüft die Bilanz des Moduls gegen sich selbst und sagt über die Konfiguration des Anwenders
 nichts; ihre Ausgabe geht deshalb auf die Konsole und nicht ins Simulationsprotokoll.

• Höchstens zehn Module je Projekt.
• KWKG, Stromsteuer und Energiesteuer sind nicht Teil des Laufs. Sie hängen an den hier

 ermittelten Mengen und Vollbenutzungsstunden und werden in der Wirtschaftlichkeit gerechnet.

Ergebnisse und wo sie stehen

• Simulationsergebnis, Reiter „BHKW" — je Modul Wärme- und Stromproduktion,

 Brennstoffverbrauch, thermische und elektrische Vollbenutzungsstunden, Emissionen; dazu die
 Ganglinien von Produktion, Direktdeckung, Speicherladung und Überschuss.

• Simulationsergebnis, Reiter „Übersicht" — der Deckungsanteil des BHKW an der Jahreswärme.
• Simulationsergebnis, Reiter „Ergebnis" — der Beitrag zur Stromdeckung und der

 Stromüberschuss aus (7).

• Simulationsprotokoll — Meldungen zu Senken und Ladeaufträgen: der Stromüberschuss des BHKW,

 „BHKW steht zwischen zwei Erzeugern" der Kaskade, die Warnung zur Speicherstufe, „BHKW-Pendelspeicher:
 keine Puffer-Senke am BHKW", eine Senkenzeile ohne Puffer, eine Senke ohne Ladeauftrag (Rang und
 Nachrang), Quelle gleich eigene Senke und die nachgezogene Vorbelegung der Ladepriorität. Die
 Energieprobe des Moduls ist eine Entwicklerausgabe auf der Konsole und steht nicht im
 Protokoll.

• Bericht und Wirtschaftlichkeit — Strommenge, Wärmemenge, Brennstoff und

 Vollbenutzungsstunden sind die Bezugsgrößen der KWK-Rechnung.

Bezüge

• BHKW — Bedienung des Dialogs, Katalog, Brennstoffvarianten
• Berechnung: Simulationsablauf — Kaskade, Phasen der Stundenschleife, Betriebsart
• Berechnung: Pufferspeicher — Bilanzraum, Ladeordnung und Speicherentladung
• Berechnung: Heizkessel — der nachrangige Erzeuger, und der Gegenfall bei den Emissionsfaktoren
• Berechnung: Photovoltaik — wohin der BHKW-Stromüberschuss geht
• Berechnung: Stromspeicher — der Überschuss als Ladequelle
• Emissionen — Herkunft und Pflege der Emissionsfaktoren
• Wirtschaftlichkeit — KWK-Zuschlag, Stromvergütung, Steuerentlastung