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Wirtschafts- und Betriebswissenschaften

Alexander KNÖTTNER (2015)

QM Junior

"Maximierung des Autarkiegrades bei sog. stromerzeugenden Heizungen" (Masterarbeit)


Der Einsatz von μKWK-Anlagen für die elektrische und thermische Versorgung von Wohnhäusern, Gewerbebetrieben und Bürogebäuden hat aufgrund aktueller technischer Entwicklungen in den letzten Jahren einen Aufschwung erlebt. Um diese Nutzung wirtschaftlich attraktiv zu gestalten, ist es nötig die erzeugte elektrische Energie in möglichst hohem Ausmaß direkt und selbst zu verbrauchen. Andernfalls ist eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz erforderlich, die bei den heute herrschenden Bedingungen die wirtschaftliche Attraktivität solcher Anlagen zum Teil stark reduziert. Man spricht in diesem Zusammenhang vom elektrischen Autarkiegrad als Verhältnis des Anteils an verbrauchtem Strom aus Eigenerzeugung zur gesamten, benötigten elektrischen Energie eines Objektes. Die Maximierung des Autarkiegrades muss demnach das Ziel sein, um eine wirtschaftlich rationale Nutzung von μKWK-Anlagen zu ermöglichen.

Aufbauend auf dieser Problemstellung werden in der vorliegenden Arbeit die Auswirkungen einer optimierten Anlagendimensionierung und Betriebsführung auf energetische Kennzahlen wie Autarkiegrad, Wirkungsgrad und Austauschenergie mit dem öffentlichen Stromnetz, sowie Wirtschaftlichkeit einer μKWK-Anlage untersucht. Ein System aus μKWK-Anlage, Spitzenlastbrenner, thermischem Speicher und optional elektrischem Speicher wird auf Grundlage von Referenzlastprofilen der VDI-Richtlinie 4655 simuliert und die daraus erhaltenen Ergebnisse analysiert. Verschiedene Betriebsstrategien für μKWK-Anlagen werden entwickelt und simuliert und die durch intelligente Regelungsstrategien erzielbaren Verbesserungen aufgezeigt. Aufgrund bisher kaum vorhandener Arbeiten zu diesem Aspekt liegt ein Fokus dieser Arbeit auf der Bewertung eines elektrischen Speichers als zusätzliche Komponente in dem beschriebenen System aus Teilanlagen. Dabei wird sowohl die Auswirkung auf oben genannte energetische Kennzahlen analysiert, als auch eine wirtschaftliche Bewertung mittels Annuitätsrechnung nach VDI 2067 durchgeführt. Dieses Vorgehen wird einerseits für μKWK-Anlagen mit Erdgas als Energiequelle und andererseits für μKWK-Anlagen mit Biomassevergasung und anschließender Verbrennung durchgeführt.

Die Analyse weist ein großes Verbesserungspotential der energetischen und wirtschaftlichen Betriebsparameter einer μKWK-Anlage durch geeignete Dimensionierung und Wahl der Betriebsstrategie auf. Trotz Verbesserungen zeigt die Arbeit eine herkömmliche, getrennte Energieversorgung unter den aktuellen Rahmenbedingungen wirtschaftlich attraktiver.

 


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