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

Rechenweg

Gerechnet wird im festen Jahresraster von 8 760 Stunden. Höchstens 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_therm

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. Ist die projektweite Untergrenze nicht gepflegt, gilt der Rückfall 30 %.

Schritt 2 — Die drei Fahrweisen

Je Stunde steht ein Wärmeraum 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:

passt P_therm ganz in (Restwärme + freier Speicherraum)?
  ja   →  Volllast: P_therm und P_el werden gebucht, der Überschuss geht in den Speicher
  nein →  passt P_therm · Modulationsgrenze noch hinein?
            ja   →  Teillast: es wird genau (Restwärme + freier Speicherraum) erzeugt,
                    der Strom anteilig:  P_el · (Restwärme + Raum) / P_therm
            nein →  das Modul bleibt aus

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.

P_el < Reststrom?
  ja   →  Volllast
  nein →  P_el · Modulationsgrenze ≤ Reststrom?
            ja   →  Teillast genau auf den Reststrom, Wärme anteilig
            nein →  das Modul bleibt aus

Ohne Einspeisung (Zero-Export). Zwei Durchläufe über die Module: erst die wärmeseitige Zuschaltung (dieselben zwei 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 noch über dem Reststrombedarf 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:

Produktion = Direktdeckung + Speicherladung + Überschuss

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 ist Wärme, die weder gedeckt noch gespeichert werden konnte; sie ist verworfen. Die Gleichung wird nach jedem Lauf über die Jahressumme und über jede einzelne Stunde nachgerechnet.

Mit dem Vorgaberang 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. Bleibt danach ein negativer Restbedarf, 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:

Verbrauch [MWh] = (Wärme [MWh] + Strom [MWh]) / Gesamtwirkungsgrad

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

Emission [kg] = Verbrauch [MWh] · Faktor [g/MWh] / 1000

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:

Gasspitze = P_therm · (1 + SKZ) / Gesamtwirkungsgrad

Die Laufzeiten sind Vollbenutzungsstunden, keine Betriebsstunden:

Vbh_therm = Wärme [MWh] / P_therm · 1000                            [h/a]
Vbh_el    = Strom [MWh] / P_el   · 1000                             [h/a]

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 — 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. Der Gesamtwirkungsgrad gilt unabhängig von der Auslastung; ein moduliertes Modul rechnet mit demselben Wert wie ein voll laufendes. Auch das Verhältnis von Strom zu Wärme (die Stromkennzahl) bleibt in Teillast unverändert.

• 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 Wert.

• Vorlauf und Rücklauf des Katalogs rechnen nicht mit — der Lauf nimmt die Werte der

 Projektzeile.

• Höchstens zehn Module je Projekt.

Ergebnisse und wo sie stehen

• Simulationsergebnis, Reiter „BHKW" — je Modul Wärme- und Stromproduktion,Brennstoffverbrauch, thermische und elektrische Vollbenutzungsstunden, Emissionen; dazu die Ganglinien von Wärme-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.

• Simulationsprotokoll — die Energieprobe des Moduls und die Meldungen zu Senken und

 Ladeaufträgen.

• 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