Programm Dokumentation/BHKW

Der Dialog Verwaltung BHKW wählt Blockheizkraftwerks-Module aus dem Katalog aus und ordnet sie dem Projekt zu. Ein Modul erzeugt Wärme und Strom gleichzeitig und wird über thermische und elektrische Leistung, die beiden Wirkungsgrade und die untere Grenzleistung beschrieben. In der Simulation deckt es an seinem Platz der Erzeugerkaskade Wärme, und sein Strom mindert den Strombedarf des Projekts.

Wie ein BHKW arbeitet und wie es ausgelegt wird, steht unter Grundlagen/BHKW; diese Seite zeigt, wie Sie es in EPOS-Plan einbinden und wie es mit Kessel, Speicher und Photovoltaik zusammen rechnet.

Einbindung in EPOS-Plan

Ein BHKW durchläuft fünf Stationen:

1. Katalog. Die Moduldaten pflegt Administration → Wärmebedarf & Heizung → BHKW (Gerätekataloge: BHKW).
2. Projekt. Auf der Startseite öffnet im Reiter Energieerzeuger die Kachel BHKW die Verwaltung BHKW. In das Projekt übernehmen fragt den Energieträger und seine Variante ab und legt eine projekteigene Kopie der Moduldaten an; mit ihr rechnet die Simulation. Vorlauf und Rücklauf kommen vorbelegt aus dem Katalog; mehrere Module sind möglich.
3. Pufferspeicher. Einen Speicher legen Sie mit der Kachel Pufferspeicher oder in der Simulation Konfiguration mit Pufferspeicher anlegen / verwalten… an; mit dem BHKW verbunden wird er als dessen Wärmesenke.
4. Simulation Konfiguration (Startseite, Reiter Simulation, Knopf Simulation Konfiguration...; ebenso Menü Projekt → Simulation…). In der Reihenfolge der Kaskade decken die Erzeuger den Bedarf jeder Stunde. Die Seite schlägt ein angelegtes BHKW selbst vor, solange die Kaskade nicht von Hand gepflegt ist: in einer noch nie gespeicherten Kaskade in der festen Folge BHKW, Heizkessel, Solarthermie, Wärmepumpe, in einer gespeicherten auf dem ersten freien Platz, meist hinter dem Kessel. Ordnen Sie mit den Pfeilen und legen Sie die Reihenfolge mit Konfiguration speichern fest; erst dann rechnet die Simulation mit dem BHKW (Fallstricke). Wärmesenke bearbeiten legt fest, wohin die Wärme geht; Konfiguration… stellt Betriebsart und Untere Leistungsgrenze der Module ein – beide gelten für das ganze Projekt.
5. Ergebnis. Nach Simulation starten zeigt der Reiter BHKW Wärme, Strom, Betrieb und Brennstoff (Ergebnisse).

Kaskade im Beispiel B: wer den Wärmebedarf einer Stunde deckt

Wärmebedarf der Stunde
Heizung und Warmwasser

→

Platz 1: Solarthermie
50 m², nur Warmwasser

offener Rest→

Platz 2: BHKW 1
30 kW el, 60 kW th

Überschuss laden, später entladen↓

Speicher 1
3 000 l, Brauchwasser

offener Rest→

Platz 3: Kessel 1
150 kW

darüber↓

Kessel 2
150 kW

offener Rest→

Restwärmebedarf
bleibt ungedeckt

Prinzipbild. Solarthermie und BHKW 1 laden Speicher 1 und rechnen in einer Stundenschleife; Kessel 1 und 2 teilen sich den Platz des Heizkessels und decken danach nacheinander.

Mit seiner Wärme deckt das BHKW zuerst den offenen Bedarf der Stunde; was darüber hinaus entsteht, lädt es in Speicher 1, und der deckt in späteren Stunden. Solarthermie und BHKW laden denselben Speicher und rechnen deshalb in einer gemeinsamen Stundenschleife, der Speicherstufe. Die Kessel laden im Beispiel keinen Puffer und rechnen deshalb an ihrem Platz hinter dieser Stufe auf dem Rest (Berechnung: Simulationsablauf). Der Platz in der Kaskade ordnet die direkte Deckung; welcher Erzeuger einen Puffer zuerst lädt, entscheidet die Ladeprio seiner Wärmesenke – Vorgabe Solarthermie 10, Wärmepumpe 20, BHKW 30, Kessel 40 –, der Platz nur bei gleicher Priorität.

Beispiel

Beispiel B ist ein Hotel mit 80 Zimmern: Heizlast 250 kW bei −12 °C, im Jahr 420 MWh Heizwärme, 220 MWh Trinkwarmwasser und 450 MWh Strom, Heizkörper 60/45 °C und Lüftung. BHKW 1 (30 kW elektrisch, 60 kW thermisch) trägt mit Speicher 1 (Pufferspeicher, 3 000 l) die Grundlast, Kessel 1 und Kessel 2 mit je 150 kW decken die Spitze, 50 m² Solarthermie arbeiten dem Warmwasser zu, 100 kWp Photovoltaik liefern Strom.

Dialog	Feld	Wert	Warum
Verwaltung BHKW	Module in Datenbank	Erdgas-Modul, $P_{\mathrm{e}\mathrm{l}}$ 30 kW, $P_{\mathrm{t}\mathrm{h}}$ 60 kW ($\sigma =\mathrm{0,5}$)	rund ein Viertel der Heizlast; Warmwasser und Heizung geben ihm fast das ganze Jahr Arbeit
BHKW Eigenschaften (Bearbeiten...)	Elektrischer Wirkungsgrad:, Thermischer Wirkungsgrad:	0,30 und 0,60; Ges. Wirkungsgrad: 0,90	der Gesamtwirkungsgrad bestimmt den Brennstoff: $(\text{Wärme}+\text{Strom})/\mathrm{0,90}$. Vor dem Übernehmen prüfen – die Projektkopie behält die Werte
Energieträger Variante	Energieträger:, Energieträger Varianten Bezeichnung:	Erdgas, ein eigener Variantenname	über den Energieträger laufen Preis und Emissionsfaktor des Brennstoffs
Verwaltung BHKW	Vorlauf, Rücklauf	80 °C, 50 °C	der Vorlauf liegt über dem des Puffers; sonst meldet der Lauf, das BHKW könne den Speicher nie auf Solltemperatur laden
Pufferspeicher im Projekt	Bezeichner:, Gesamtvolumen [l]:, Vorlauf [°C]:, Rücklauf [°C]:, Verwendung:	Speicher 1, 3 000, 60, 35, Brauchwasser	nutzbar rund 87 kWh (3 000 l · 1,16 Wh/(l·K) · 25 K); ein Warmwasserspeicher nimmt auch im Sommer ab. Vorrangig lädt ihn die Solarthermie, das BHKW nachrangig (Solarthermie: Beispiel)
Simulation Konfiguration	Kaskade	Platz 1 Solarthermie, Platz 2 BHKW, Platz 3 Heizkessel	Sind alle drei angelegt, bevor die Kaskade gespeichert ist, schlägt die Seite BHKW, Heizkessel, Solarthermie vor. Die Solarthermie deckt hier nur direkt, hinter BHKW und Kesseln bliebe ihr kein Bedarf: zweimal mit dem Pfeil nach vorn, dann Konfiguration speichern
Wärmesenke - BHKW 1	Rang 1: Ziel, Bedarfsart	Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs), Beides (Warmwasser zuerst)	die Vorbelegung beim Anlegen: zuerst der laufende Bedarf
Wärmesenke - BHKW 1	Rang 2: Ziel, Pufferspeicher	Pufferspeicher Brauchwasser, Speicher 1	was über den Bedarf hinaus entsteht, geht in den Warmwasserspeicher – so läuft das Modul auch bei kleiner Last
Wärmesenke - BHKW 1	Rang 2: Ladeprio	nach Vorgabe (30 - BHKW)	nachrangig hinter der Solarthermie (10): bei leerem … nachrangig [%] lädt das BHKW bis 30 %, rund 26 kWh; der Raum darüber bleibt der Solarwärme
Konfiguration an der Karte des BHKW	Betriebsart	Wärmegeführt	das Modul folgt dem Wärmebedarf; sein Strom deckt den Eigenbedarf, Überschuss wird eingespeist
Konfiguration an der Karte des BHKW	Untere Leistungsgrenze der Module	30 %	gilt für Module ohne eigene Grenzleistung (Katalogwert 0); dann bleibt BHKW 1 unter 18 kW Wärmeraum aus
Wärmesenke - Kessel 1, Kessel 2	Ziel	Heizkreis (direkte Deckung des Bedarfs)	die Kessel laden den Puffer nicht und lassen ihn dem BHKW
Wärmesenke - Kollektorfeld	Rang 1: Bedarfsart / Rang 2: Ziel, Pufferspeicher, Ladeprio	nur Warmwasser / Pufferspeicher Brauchwasser, Speicher 1, nach Vorgabe (10 - Solarthermie)	die Kollektoren arbeiten dem Warmwasser zu und laden Speicher 1 vorrangig (Solarthermie: Beispiel)

Was zu erwarten ist. Im vereinfachten Modell unten deckt das BHKW gut die Hälfte der Jahreswärme mit rund 5 900 thermischen Vollbenutzungsstunden, Kessel 1 rund 40 %, Kessel 2 wenige Prozent. EPOS-Plan rechnet zusätzlich mit Klimadaten, Puffer, Untergrenze und Solarthermie; seine Zahlen stehen in den Reitern BHKW (Wärmeproduktion, davon in den Speicher, Stromproduktion, Stromeinspeisung, Vbh thermisch, Summe Module) und Heizkessel. Der mittlere Strombedarf des Hotels liegt mit rund 51 kW über der elektrischen Leistung des BHKW; Stromeinspeisung ist deshalb kaum zu erwarten.

Beispiel B: Dauerlinie mit BHKW-Grundlast und Kesselspitze

mittlere Wärmelast in kW

240

730

177

1460

126

2190

86

2920

57

3650

38

4380

28

5110

25

5840

25

6570

25

7300

25

8030

25

8760

Stunden des Jahres, nach Wärmelast geordnet; je Säule das Mittel von 730 Stunden

BHKW 1Kessel 1 und 2

Beispielwerte, gerundet. Vereinfachtes Modell ohne Solarthermie und Pufferspeicher, keine Rechnung von EPOS-Plan.

Zusammenspiel mit anderen Technologien

Technik	Wirkung auf das BHKW	Wirkung vom BHKW	So rechnet EPOS-Plan
Heizkessel (Kessel 1 und 2)	übernehmen Spitze und Reserve	senkt ihre Laufzeit und ihren Brennstoff	Das BHKW steht vor den Kesseln; Kessel 1 deckt den Rest bis 150 kW, Kessel 2 darüber (Heizkessel: Zusammenspiel). Lädt ein Kessel denselben Puffer, lädt er nach dem BHKW (Ladepriorität 40 gegen 30), belegt aber Speicherraum.
Pufferspeicher	vergrößert den Wärmeraum der Stunde um den freien Speicher	lädt den Puffer, der später selbst deckt	Mit Puffer als Senke läuft das Modul voll, solange offener Bedarf und freier Speicher seine Nennleistung aufnehmen; ohne Puffer rechnet es nur gegen den Momentanbedarf. Mindestfüllstand und Schwellen: Pufferspeicher.
Solarthermie	senkt im Sommer den Wärmebedarf und damit die Laufzeit	–	Lädt die Solarthermie denselben Puffer vorrangig (Ladepriorität 10), lädt ihn das BHKW bei leerer nachrangiger Schwelle nur bis 30 % (Pufferspeicher: Schwellen).
Photovoltaik	deckt nur, was nach dem BHKW-Strom offen ist	senkt den Eigenverbrauch der PV und erhöht ihre Einspeisung	Der BHKW-Strom mindert den Strombedarf an seinem Platz der Kaskade, also vor der Photovoltaik. Ein BHKW-Überschuss wird getrennt von der PV-Einspeisung ausgewiesen.
Stromspeicher	–	der BHKW-Überschuss kann ihn laden	nur, wenn im Reiter Stromspeicher unter Zulässige Ladequellen der Schalter BHKW-Überschuss gesetzt ist
Wärmepumpe, Heizstab, Elektrokessel, Kältestrom	ihr Strom ist Last, die der BHKW-Strom derselben Stunde decken kann	–	Der BHKW-Abzug im Strombedarf wird nicht auf 0 begrenzt; später gerechnete Verbraucher derselben Viertelstunde nutzen so den Überschuss. Nur der Kältestrom einer Wärmepumpe mit eigenem Zähler bleibt außen vor (Kühlung: Stromträger und Abrechnung).
Wirtschaftlichkeit	–	KWK-Zuschlag, Vergütung und Steuern hängen an Strommenge und Vollbenutzungsstunden	Wirtschaftlichkeit: BHKW-Wirtschaftlichkeit

Strom einer Stunde: in welcher Reihenfolge gedeckt wird

Strombedarf der Stunde
Gebäude und elektrische Wärmeerzeuger

zuerst→

BHKW 1
30 kW el

Rest→

Photovoltaik
100 kWp

Rest→

Stromspeicher
entlädt, falls vorhanden

Rest→

Netzbezug

Prinzipbild. Überschüsse von BHKW und Photovoltaik laden einen Stromspeicher, soweit sie als Ladequelle zugelassen sind, und werden sonst eingespeist; der BHKW-Überschuss steht getrennt von der PV-Einspeisung.

Fallstricke

• Den Kaskadenplatz prüfen. Die Simulation rechnet ein BHKW nur auf einem gespeicherten Platz der Kaskade. Vorgeschlagen wird es von selbst, aber nicht immer an der richtigen Stelle: Hinter einem gespeicherten Kessel bekäme es nur, was die Kessel offen lassen. Nach einem Handgriff an der Kaskade – + aufnehmen, × oder Pfeil – ist sie von Hand gepflegt; steht dann kein BHKW darin, kommt ein später angelegtes nicht mehr von selbst hinein. Die Seite nennt es in einer Hinweisleiste, der Lauf in einer Meldung über den Ergebnissen; aufgenommen wird es mit + aufnehmen.
• Pendelspeicher und Takten. Einen eigenen Pendelspeicher führt der Dialog nicht; diese Rolle übernimmt ein Pufferspeicher als Wärmesenke. Gerechnet wird stündlich: Ein Modul läuft voll, moduliert oder gar nicht. Taktung, Mindestlaufzeiten, Anfahr- und Stillstandsverluste und ein Teillastwirkungsgrad kommen im Modell nicht vor.
• Vollbenutzungsstunden sind keine Betriebsstunden. Die Werte des Reiters teilen die Jahresarbeit durch die Nennleistung. Ein Modul, das ein Jahr lang zur Hälfte moduliert, hat 8 760 Betriebsstunden, aber 4 380 Vollbenutzungsstunden; die Summe über mehrere Module kann 8 760 übersteigen.
• Welche Untergrenze gilt. In der wärmegeführten Betriebsart rechnet jedes Modul mit der unteren Grenzleistung, die es beim Übernehmen aus dem Katalog mitbringt; steht dort 0, gilt die Untere Leistungsgrenze der Module der Konfiguration, und deren 0 heißt: keine Untergrenze. Das Feld Untere Grenzleistung des ausgewählten Moduls der Verwaltung geht nicht in die Rechnung ein.
• Eine Betriebsart, eine Senke. Die Betriebsart gilt für das ganze Projekt, und die Fahrweisen schalten alle Module gemeinsam zu. Für die ganze BHKW-Stufe gilt die Wärmesenke eines führenden Moduls; weicht ein anderes davon ab, warnt das Laufprotokoll.
• Stromgeführt verwirft Wärme, ohne Einspeisung regelt ab. Stromgeführt entsteht Wärme nach dem Strombedarf; was weder den Bedarf deckt noch in einen Puffer passt, zeigt der Reiter als Wärmeüberschuß (*) – verloren, der Brennstoff aber verbraucht. ohne Stromeinspeisung lässt ein Modul aus, wenn der Strombedarf der Stunde nicht reicht, auch wenn Wärme gebraucht würde; dann springen die Kessel ein.
• Katalog und Projekt sind getrennt. Alle Daten anzeigen und Bearbeiten... ändern den Katalogsatz; ein übernommenes Modul rechnet weiter mit seiner Projektkopie. Damit eine Katalogänderung wirkt, nehmen Sie es aus dem Projekt und übernehmen es neu.
• Höchstens zehn Module je Projekt; mit mehr bricht der Lauf ab und nennt den Grund.

Eingaben

Katalog und Projektliste

• Module in Datenbank – die Katalogliste mit der Suchzeile Suche über alle Spalten: und den Spalten Bezeichner, Hersteller, Brennstoff, $P_{\mathrm{e}\mathrm{l}}$ und $P_{\mathrm{t}\mathrm{h}}$ in kW, $\sigma$ (Stromkennzahl), $\eta$ und Motortyp, dazu im Projekt verwendet. Die Spaltenköpfe sortieren und filtern; so grenzen Sie nach Brennstoff und Leistungsklasse ein. Neu.. fragt einen Namen ab und öffnet damit BHKW Eigenschaften für einen neuen Katalogeintrag; Löschen entfernt den markierten nach einer Rückfrage, ausgelieferte Einträge lassen sich nicht löschen.
• Ausgewählte Module – die Module des Projekts. In das Projekt übernehmen und Aus dem Projekt entfernen bewegen Zeilen zwischen den Listen; beim Übernehmen öffnet sich Energieträger Variante (Kosten: Energieträgerverwaltung). Summe aller ausgewählten Module [kWth] addiert die thermische Leistung.
• OK und Abbrechen – OK speichert die Liste des Projekts, Abbrechen verwirft die Änderungen.

Modul

• Modul-Name, Brennstoff Typ, Hersteller, thermische Leistung [kWth], elektrische Leistung [kWel], Beschreibung – Anzeige des markierten Moduls; bei einer Zeile des Projekts aus dessen Projektkopie.
• Brennstoff Variante – nur bei einer Zeile des Projekts: wechselt die Variante des Energieträgers.
• Untere Grenzleistung des ausgewählten Moduls – in Prozent, an der Anlage des Projekts gespeichert; bei 0 nennt die Zeile darunter die Projektvorgabe. Welche Grenze die Simulation verwendet, steht unter Fallstricke.
• Vorlauf und Rücklauf – in °C, aus dem Katalog vorbelegt und je Anlage änderbar. Die Rechnung des BHKW verwendet sie nicht; sie dienen der Prüfung gegen den Zielspeicher und bei Anlagenkopplung dem Vorlauf gekoppelter Gebäude ohne Heizkurve.
• Senken: … – die Wärmesenken der Anlage; gepflegt werden sie in der Simulation Konfiguration.
• Investitionskosten…, Betriebskosten…, Energiekosten… – die Kosten des Moduls für die Wirtschaftlichkeit; Bearbeiten... öffnet BHKW Eigenschaften für den markierten Katalogsatz.

Kennwerte des Moduls

Alle Daten anzeigen und Bearbeiten... führen die Kennwerte des Katalogsatzes:

• Thermische Leistung und Elektrische Leistung – in kW; ihr Verhältnis ist die Stromkennzahl $\sigma$, die auch in Teillast gilt.
• Elektrischer Wirkungsgrad und Thermischer Wirkungsgrad – Faktoren; Ges. Wirkungsgrad ist ihre Summe. Er bestimmt den Brennstoff: $\text{Verbrauch}=(\text{Wärme}+\text{Strom})/\text{Gesamtwirkungsgrad}$.
• Untere Grenzleistung – in Prozent der Nennleistung. In der wärmegeführten Betriebsart bleibt ein Modul aus, wenn der Wärmeraum der Stunde unter diesem Anteil seiner Nennleistung liegt; steht hier 0, gilt die Projektvorgabe.
• Energieträger – Auswahl aus dem Brennstoffkatalog.
• Die Emissionsfelder sind Herstellerangaben und rechnen nicht mit.

Betriebsart

Konfiguration… an der Karte eines BHKW in der Simulation Konfiguration stellt die Betriebsart für alle Module des Projekts ein:

• Wärmegeführt – die Vorgabe. Das Modul folgt dem Wärmeraum der Stunde, also offenem Bedarf plus freiem Puffer: Volllast, wenn er die Nennleistung aufnimmt, sonst Teillast bis zur Untergrenze. Der Strom deckt den Eigenbedarf, Überschuss wird eingespeist.
• Stromgeführt – das Modul folgt dem Strombedarf, die Wärme fällt mit an. Was weder den Bedarf deckt noch in einen Puffer passt, ist Wärmeüberschuss.
• ohne Stromeinspeisung – das Modul erzeugt nie mehr Strom, als in der Stunde gebraucht wird; reicht der Strombedarf nicht für die Untergrenze, bleibt es aus.
• Untere Leistungsgrenze der Module – in Prozent, für ein neues Projekt 30 %; sie gilt für jedes Modul ohne eigene Grenzleistung, 0 heißt keine Untergrenze.

Berechnung

Fahrweisen, Stromkennzahl und die Rolle des Puffers stehen unter Berechnung: BHKW. Der Brennstoffverbrauch ist die Summe aus Wärme und Strom geteilt durch den Gesamtwirkungsgrad; die Emissionen rechnen mit den Faktoren des Energieträgers (Emissionen), CO führt die Bilanz nicht.

Ergebnisse

Der Reiter BHKW der Simulationsergebnisse zeigt in der Gruppe Wärme Bedarf, Wärmeproduktion, Wärmeüberschuß (*), davon in den Speicher, aus dem Speicher gedeckt, Wärmebedarfsdeckung und Restwärmebedarf; in der Gruppe Strom Strombedarf, Stromproduktion, Stromeinspeisung, Strombedarfsdeckung und Reststrombedarf. Die Gruppe Betrieb nennt Vollbenutzungsstunden – Vbh thermisch, Summe Module, Vbh thermisch, Mittel Module und Vollbenutzungsstunden elektrisch –, gezählte Laufstunden weist der Reiter nicht aus. Es folgen der Brennstoffverbrauch je Brennstoff, die Modultabelle mit Wärme- und Stromproduktion je Modul und das Diagramm der Wärmelast mit dem Schalter sortiert (Simulationsergebnisse).

Siehe auch

• Grundlagen/BHKW – die fachlichen Hintergründe
• Berechnung: BHKW – der Rechenweg mit Formeln
• Heizkessel – die Spitzenkessel im Beispiel B
• Pufferspeicher – Schwellen, Mindestfüllstand und Ladereihenfolge
• Wirtschaftlichkeit: BHKW-Wirtschaftlichkeit – Einspeisevergütung, KWKG und Steuern
• Gerätekataloge: BHKW – Pflege des Katalogs