mikro-Kraft-Wärme-Kopplung - SpreeGas
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17. Cottbuser Erdgasfachtagung 04.05.2010 <br />
„Mikro-KWK – Stromerzeugung im Eigenheim<br />
Neue Anlagen im 1-Fam-haus : Marktreife …“ <br />
Referent: Dipl. Ing. Frank Gäbler<br />
Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG<br />
PowerPlus Technologies GmbH<br />
Vaillant Folie 1
Industrie<br />
28%<br />
Verkehr<br />
31%<br />
Gebäude<br />
41%<br />
Raumwärme und<br />
Warmwasser<br />
85%<br />
Strom<br />
15%<br />
Vaillant Folie 2<br />
Quelle:„Green Paper on Energy Efficiency or Doing More with Less“, März 2006<br />
Die größten Energieverbraucher: Heizung und Warmwasserbereitung
Energiebilanz<br />
getrennte Energieerzeugung zu Mikro-KWK<br />
– Mikro-KWK reduziert den Primär-<br />
Energieverbrauch um fast ein Drittel<br />
– Doppelte Nutzung der eingesetzten<br />
Energie<br />
– Verluste < 15%<br />
<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Getrennte Energie-Erzeugung<br />
Energieeinsatz 100% Energieeinsatz 100%<br />
– Hohe Verluste bei konventioneller<br />
Energieversorgung<br />
– Getrennte Erzeugung von Strom<br />
und Wärme<br />
– Verluste ca. 40%<br />
<strong>mikro</strong>-KWK – System<br />
<strong>Kraft</strong>werk + Heizgerät<br />
14,5 %<br />
Verluste<br />
63 %<br />
Wärme<br />
22,5 %<br />
Strom<br />
40 %<br />
Verluste<br />
40 %<br />
Wärme<br />
20 % Strom<br />
Vaillant Folie 4
Warum <strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong>?<br />
Wir stehen vor den Herausforderungen<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
die Energieressourcen zu schonen<br />
den CO 2 -Ausstoß erheblich zu reduzieren<br />
die Wirkungsgrade der Energieumwandlung<br />
insgesamt zu erhöhen<br />
Energieverluste durch Transport vom <strong>Kraft</strong>werk zum<br />
Endverbraucher zu reduzieren<br />
Energieversorgung weiter zu sichern<br />
Motivation für <strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Vaillant Folie 5<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
KWK ist die effizienteste Form, Erdgas im Gebäude zu nutzen<br />
Dezentrale Stromproduktion ist intelligent, effizient und wird an Bedeutung zunehmen<br />
Mikro-KWK ist insbesondere dort eine Alternative zu, wo z.B. erneuerbare Energien nicht zum<br />
Einsatz kommen können<br />
Vaillant entwickelt individuelle und maßgeschneiderte Lösungen für unterschiedliche Märkte<br />
<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong> ist effizient, ressourcenschonend und dezentral
CO 2 -Vermeidung – Erfüllung der Klimaziele<br />
Klimaschutz durch mehr Effizienz und regenerative Energien<br />
CO 2 -Vermeidung<br />
Gas-Brennwert- Gas-Brennwert- Bio-Erdgas Zeolith-Gas- Mikro-KWK Brennstoffzelle<br />
gerät gerät + Solar Wärmepumpe<br />
Vaillant Folie 7<br />
Quelle: e.on Ruhrgas 06.06.2009<br />
zeoTHERM im System bedeutet schon heute mehr als 20% weniger CO 2 -Ausstoß gegenüber<br />
einer Kombination Gas-Brennwert mit solarer TW-Bereitung<br />
Mikro-KWK ermöglicht eine weitere Reduktion der CO2-Emissionen
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Vaillant KWK Systeme, das Portfolio<br />
Vaillant Folie 8<br />
Markt Technologie<br />
Partnerschaft<br />
Mehrfamilienhäuser /<br />
Gewerbe<br />
Einfamilienhäuser<br />
ecoPOWER<br />
Verbrennungs-Motor<br />
Verfügbar<br />
MEC<br />
Stirling-<br />
Motor<br />
Produkt-<br />
Entwicklung<br />
Honda<br />
Verbrennungs-Motor<br />
Produkt-<br />
Entwicklung<br />
IKTS / Staxera<br />
Brennstoffzelle<br />
Technologie-<br />
Entwicklung
Die Kooperation mit Honda<br />
Zwei starke Marken mit einem gemeinsamen Ziel:<br />
Systementwicklung eines <strong>mikro</strong>-KWK-Systems<br />
im kleinen Leistungsbereich für die Anwendung im Einfamilienhaus<br />
HONDA<br />
Vaillant Folie 9<br />
Weltweit tätiger Technologiekonzern<br />
Weltweit größter Motoren- und<br />
Generatorhersteller (>21 Mio. Einheiten)<br />
Weitreichende Praxiserfahrung in<br />
Entwicklung und Produktion von<br />
Klein-KWK-Einheiten<br />
(ca 100.000 Praxisanlagen in Japan/USA)<br />
Führender europäischer Hersteller<br />
von Heizungs-, Klima-Anlagen und<br />
regenerativen Systemen mit 135 jähriger<br />
Firmenhistorie<br />
ecopower KWK-Anlagen sind erfolgreich im<br />
europäischen Markt aktiv (mehr als 4.000<br />
Systeme)<br />
Über 60 Brennstoffzellen-Heizgräte (BZH) sind in<br />
europaweiten Feldtests erfolgreich getestet<br />
worden.<br />
Vaillant und Honda entwickeln <strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong>sanlage für<br />
Einfamilienhäuser
Vaillant Folie 10<br />
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong>
Aufgabenstellung der Entwicklungskooperation<br />
Detailbeispiele des System-Anpassungsbedarfes<br />
gegenüber Anlagen in Japan/USA:<br />
In-House-Aufstellung<br />
Hydraulische Anbindung<br />
Abgassystem<br />
Netzanbindung<br />
Wärmebedarfsteuerung<br />
Lastmanagement<br />
Beispiel Außenaufstellung mCHP-Anlage in Japan<br />
Ziel des Projekts: Entwicklung und Praxiserprobung<br />
eines Mikro-KWK-Gesamtsystems, das auf die<br />
europäischen Umfeldbedingungen ausgerichtet ist<br />
Vaillant Folie 11<br />
Bisherige Praxisanlagen sind auf die Märkte in Japan<br />
und USA zugeschnitten (in der RegelAußenaufstellung/<br />
Garagenaufstellung).
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Das System<br />
Vaillant Folie 12<br />
1 kW elektrische Leistung<br />
7,2 – 33,7 kW Heizleistung<br />
(gesamt bei 60/40°C)<br />
300 l Heizungspufferspeicher<br />
1 oder 2 Heizkreisbaugruppen<br />
Systemregler<br />
Abgasführung in einem<br />
gemeinsamen Schacht<br />
Platzbedarf: ca. 1,5 x 3 m<br />
Das System ist fest vorkonfiguriert.<br />
Anpassungen an das Objekt<br />
können über die Leistungsgröße<br />
des Nachheizgerätes realisiert<br />
werden
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Das <strong>mikro</strong>-BHKW (Honda)<br />
Vaillant Folie 13<br />
Basiert auf einem erdgasbetriebenen<br />
Verbrennungsmotor<br />
1 kW elektrische Leistung<br />
2,8 kW thermische Leistung<br />
22,5 % elektrischer Wirkungsgrad<br />
63% thermischer Wirkungsgrad<br />
164 cm³ 4-Takt Ottomotor<br />
Nenndrehzahl 2.000 min-1<br />
< 50 dB(A) Schalldruckpegel<br />
6.000 h Wartungsintervall<br />
>30.000 h erwartete Motorlebensdauer<br />
Gasvordruck 20 mbar (nur Erdgas)<br />
Abgasanschluss 60/100<br />
Kondensatablauf auf h = ca. 15 cm; Einleitung in Kondensatwasserpumpe ecoLEVEL<br />
Gasanschluss DN 15; Vorlauf-/Rücklaufanschluss DN 25
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Das <strong>mikro</strong>-BHKW (Honda)<br />
Bauteile<br />
Abgas Anschluss<br />
Ansauggeräuschdämpfer<br />
Generator<br />
Elektronik<br />
Zufuhr Verbrennungsluft<br />
Gebläse Abluft<br />
Luftfilter<br />
Abluftschalldämfer<br />
Gas - Motor<br />
Zylinderkopf<br />
Öl-Wanne<br />
Ölfilter<br />
Gas Anschluss<br />
Kondensatablauf<br />
Vaillant Folie 14<br />
3-fach gelagerter<br />
Schwingungsdämpfer<br />
Anschluss Vor- und Rücklauf<br />
zum Pufferspeicher<br />
Wärmetauscher<br />
mit Katalysator
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Wärmeauskopplung<br />
Vaillant Folie 15
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Pufferspeicher<br />
– Im KWK System ausschließlich VPS 300/2 mit<br />
300l und Trinkwasserstation<br />
– Der Pufferspeicher besteht aus Stahl und ist<br />
außen mit einer Rostschutzlackierung<br />
versehen. Er verfügt über Leitwerke, Einbauten<br />
und Rohre, die eine optimale Schichtung des<br />
Wassers von oben (warm) nach unten (kalt)<br />
sicherstellen.<br />
Vaillant Folie 16
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Frischwasserstation<br />
Vaillant Folie 17<br />
– Die Frischwasserstation stellt im Durchflussverfahren<br />
über einen Plattenwärmetauscher bedarfsgerecht<br />
Warmwasser bereit.<br />
– Im KWK System kommt die Station VPM 20/25 W mit<br />
25l/Min., NL4 zum Einsatz<br />
– Folgende Funktionen werden automatisch durch<br />
einen interne Regelung erfüllt:<br />
- Verbrühschutz<br />
(Wassertemperatur < 60°C)<br />
- Volumenstromanpassung<br />
- Entlüftung im Betrieb<br />
- Frostschutz<br />
– gradgenauen Erwärmung des Trinkwassers auf die<br />
gewünschte Temperatur<br />
– bereits eine Warmwasserzapfung von 2 l/min wird<br />
erkannt
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Hydraulikschema<br />
Vaillant Folie 18
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Das Abgaszubehör<br />
Vaillant Folie 19<br />
Im Aufstellraum wird Standard - LAZ 60/100<br />
für raumluftunabhängige Betriebsweise<br />
benutzt<br />
Abgasstutzen am Honda Modul DN 60/100<br />
außermittig auf der rechten Seite<br />
bei einem Abgasschacht mind. ca. 15x15cm<br />
ist bis 24 kW eine gemeinsame Abgasführung<br />
möglich. Diese besteht aus zwei Flexrohren<br />
DN60, die gemeinsam in den Schacht<br />
eingezogen werden, mit entsprechendem<br />
Zubehör.<br />
ist der Schachtquerschnitt zu klein, oder das<br />
Zusatzheizgerät ein ecoTEC plus 306 (LAZ<br />
80/125), ist eine getrennte Abgasführung<br />
notwendig.
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Wärmeauskopplung<br />
Wärmetauscher für Systemtrennung<br />
Heizungswasser/Motorkühlmittel<br />
(drucklos)<br />
Garantiert konstante Rücklauftemperatur<br />
für den Motor (> 65°C)<br />
Integrierte Pumpen mit geringer<br />
Leistungsaufnahme<br />
Vaillant Folie 20<br />
Vorkonfigurierter Kabelbaum für den<br />
Anschluss am Regler
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Systemregler „Energiemanager“ die Funktionen<br />
Wärmegeführter Betrieb: mKWK hat Vorrang vor Brennwertgerät<br />
Witterungsgeführte Regelung für 1 oder 2 Mischerkreise<br />
- Tagbetrieb, Nacht-Absenkbetrieb und Nacht-Abschaltungsbetrieb, Partyfunktion<br />
- Pumpenansteuerung energieoptimiert<br />
- drei Zeitfenster für Heizzeiten<br />
- Einstellung Warmwasserkomfort und Warmwasserzeiten, inkl. Zirkulationspumpe<br />
Vaillant Folie 21<br />
Anzeige / Download der Betriebsdaten zur KWK Fördermittelabrechnung<br />
Einspeisestrombegrenzung (optional)<br />
Als Basisbetriebsart dient der wärmegeführte Betrieb, aber die Stromerzeugung wird<br />
optimiert auf den tatsächlichen elektrischen Eigenbedarf<br />
Tarifabhängige Betriebsarten (optional)<br />
Stromtarifinformationen des Energieversorgers werden ausgewertet<br />
Bereitstellen von Informationen (graphische Darstellung mit Text) zu<br />
- Stromerzeugung<br />
- Betriebsstunden Honda und ecoTEC (pro Tag/Monat/Jahr)<br />
- aktueller Betriebszustand und Temperaturen (z.B. Speichertemperatur, Honda<br />
an/aus, etc.)
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Systemregler „Energiemanager“ die Bedienung<br />
Unempfindliches, mattes, grafikfähiges Touchscreen Display<br />
5,7 Zoll Auflösung 640 x 480<br />
Bedienung über Touch und Drehrad (Verstellung Parameter)<br />
Beispieldarstellungen<br />
Vaillant Folie 22<br />
Innovative Bedienmöglichkeiten
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Systemregler „Energiemanager“ die Schnittstellen<br />
WLAN:<br />
Anbindung Kunden-PC<br />
S0-Bus:<br />
Elektrozähler auslesen<br />
Vaillant Folie 23<br />
Ethernet:<br />
– Servicesoftware<br />
– DSL / Internetzugang<br />
eBUS:<br />
– Vaillant Systemkomponenten<br />
– Fernbedienungen<br />
Verschiedene Schnittstellen für Betrieb, Bedienung und Diagnose
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Einsatzbereich und Anforderung<br />
Vaillant Folie 24<br />
Erdgasanschluss<br />
1-2 Familienhaus<br />
zentrale Warmwasserbereitung<br />
maximal erforderliche Leistung 30 kW<br />
Wärmebedarf > 15.000 kWh/anno<br />
maximale Leistungszahl NL 4<br />
Aufstellfläche für Installation ca. 5 m²<br />
Aufstellraum gut zugänglich<br />
Eine einphasige Einspeisestelle für den Strom muss im<br />
Hausnetz nachrüstbar sein (ideal ist ein freier Zählerplatz in<br />
der Elektroverteilung)<br />
Abgasschacht/Rohr mind. ca. 15x15cm für gemeinsame<br />
Abgasführung (falls Leistung 24-30 kW getrennte<br />
Abgasführung notwendig)<br />
Abgaslänge ca. 12 m inkl. 2 Bögen<br />
Das Honda - BHKW (ca. 83 kg) wird direkt mit dem Betonboden verschraubt.<br />
Bei ungünstigen örtlichen Gegebenheiten, bei denen eine besondere<br />
Empfindlichkeit des Bodens bzgl. Körperschallübertragung zu erwarten ist,<br />
ist auch ein Fundament >83 kg mit Gummiunterlage möglich<br />
Ca. 3 m
Positionierung KWK-Systeme<br />
<strong>mikro</strong>-KWK System<br />
mit Stirlingmotor<br />
(Leistung 1kW el / 4-6 kW th )<br />
(Wirkungsgrad 15% el / 80% th)<br />
<strong>mikro</strong>-KWK System<br />
mit Verbrennungsmotor<br />
(Leistung 1kW el / 2,7 kW th )<br />
(Wirkungsgrad 22,5% el / 63% th )<br />
mini-KWK System<br />
mit Verbrennungsmotor<br />
1,3 – 3 kW el / 4 - 8 kW th<br />
1,3 – 4,7 kW el / 4 – 12,5 kW th<br />
Vaillant Folie 25<br />
Kleine EFH; Wohnungen<br />
platzsparende Lösung,<br />
Wandgerät<br />
Mittlere bis große EFH;<br />
Zweifamilienhäuser,<br />
Bodenstehend<br />
Mehrfamilienhäuser;<br />
Hotels, Gewerbe;….
Wirtschaftlichkeit<br />
Lastanforderung im Einfamilienhausbereich<br />
1 KW<br />
Vaillant Folie 26<br />
In mehr als 88% der Zeit im Einfamilienhaus ist der Leistungsbedarf<br />
Strom In mehr kleiner als 88% 1 kW der Zeit Deckung im Einfamilienhaus durch m-KWK ist der Anlage Leistungsbedarf möglich Strom !<br />
kleiner 1 kW Deckung durch m-KWK Anlage möglich !
Wirtschaftlichkeit<br />
Lastanforderung im Einfamilienhausbereich<br />
Eigennutzung KWK Strom<br />
Einspeisung KWK Strom<br />
ins öffentl. Netz<br />
Stombezug aus dem Netz<br />
Bild: MW Energie AG<br />
Leistung (Watt)<br />
Uhrzeit<br />
Vaillant Folie 27<br />
- Laufzeit der KWK-Anlage <br />
- Deckung des Strombedarf durch KWK <br />
- Eingespeiste KWK – Leistung <br />
- Strombezug aus dem Netz <br />
Ca. 11h/Tag = 4.015 h/a<br />
Ca. 30 - 40 %<br />
Ca. 2,6 kWh<br />
Ca. 60- 70 %
Entwicklungsprojekt Vaillant / Honda im Bereich<br />
<strong>mikro</strong>-<strong>Kraft</strong>-Wärme-<strong>Kopplung</strong><br />
Projektstatus und Zeitplan<br />
System-Feldtest<br />
Serien-Feldtest<br />
Feldtest 2009/2010<br />
Zertifizierung<br />
Feldtest 2010/2011<br />
Feldtestpartner für Feldtest 1 A + B und 2A<br />
Offizieller Start<br />
der Kooperation<br />
2009<br />
Vaillant Folie 29<br />
Geplante Markteinführung zur ISH 2011
MIKRO- und Mini KWK<br />
ist ein neues Geschäftsfeld für Fachhandwerker<br />
– Einfacher, schneller Zugang durch<br />
die umfassende Unterstützung<br />
durch Vaillant und<br />
PowerPlus Technologies<br />
Vaillant Folie 30<br />
– Systemlösungen für :<br />
Mikro-KWK<br />
(selektiver Vertrieb)<br />
Mini-KWK<br />
(Ecopower)
Dipl.-Ing. Frank Gäbler<br />
Tel.: +49 351-3110768 FAX: +49 351-3110769<br />
Mobil: +49 0171-9763426 Com-FAX: +492191-1878769<br />
E-Mail:frank.gaebler@vaillant.de http://www.vaillant.de<br />
E-Mail:frank.gaebler@ecopower.de http://www.ecopower.de<br />
Vaillant Folie 31<br />
PowerPlus Technologies GmbH<br />
Fasaneninsel 20<br />
07549 Gera<br />
Tel. 0365-83040300<br />
www.ecopower.de
Vielen Dank ….<br />
Es gibt nichts Wichtigeres als<br />
den Erhalt unserer Umwelt!<br />
Vaillant Folie 32
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