TGA Energietechnik

TGA Ausgabe 10-2017
KWK neu definiert

Wärmepumpe sorgt für höhere BHKW-Effizienz


1 Luft/Wasser-Wärmepumpe von EC Power mit einer elektrischen Leistung von 2 kW und einer thermischen Leistung von 7 kW.

1  Luft/Wasser-Wärmepumpe von EC Power mit einer elektrischen Leistung von 2 kW und einer thermischen Leistung von 7 kW.

Mit selbst produziertem Strom eine Wärmepumpe anzutreiben, gilt als Zukunftskonzept. Dass sich dies nicht nur in Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage, sondern auch mit einem BHKW rentiert, zeigt der KWK-Spezialist EC Power. Wobei sein System bereits einige Schritte weiterdenkt.

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Die Stromerzeugung defensiv ausgelegter BHKW mit Leistungsmodulation kann zu einem großen Teil für den Eigenbedarf genutzt werden und so die Wirtschaftlichkeit erhöhen.

Die Kombination des BHKW mit einer elektrischen Wärmepumpe kann die Wirtschaftlichkeit weiter erhöhen. Der zusätzliche Gaseinsatz im BHKW wird durch die Einspeisung von Umweltenergie über die Wärmepumpe vervielfacht.

Eine weitere Option besteht darin, die Wärmepumpe und / oder ein elektrisches Heizmodul zur Wärmeerzeugung einzusetzen, wenn im öffentlichen Netz Strom aufgrund von Überkapazitäten sehr günstig angeboten wird.

BHKW trifft Wärmepumpe – das ist eine neue Leitidee von EC Power. Der KWK-Spezialist hatte schon zur ISH 2017 außer seinen BHKW-Modulen des Typs XRGI mit Leistungen zwischen 6 und 20 kWel eine eigene Luft/Wasser-Wärmepumpe vorgestellt. Diese wurde allerdings nicht als Alternative zur konventionellen KWK entwickelt. Vielmehr erweitert ihr regelungstechnisches Zusammenspiel mit einem XRGI den Begriff Kraft-Wärme-Kopplung auf eine neue Definition:

Kraft-Wärme-Kopplung – eine dezentrale Systemeinheit von Stromerzeugern und Stromverbrauchern sowie Wärmeerzeugern und Wärmeverbrauchern, deren vorrangige Aufgabe darin besteht, durch eine flexible Einspeisung und Ausspeisung zur Netzstabilität beizutragen. Mit dem Ausbau der alternativen Energieerzeugung und ihrem wetterabhängigen Leistungsangebot kommt solchen Kombinationen – BHKW plus Wärmepumpe sowie ergänzend ein Elektro-Heizmodul im Wärmekreis – regelungstechnisch erhebliche Bedeutung zu.

In Dänemark schon erprobt

In Dänemark hat diese Gerätearchitektur schon mehrfach ihre Funktionalität in Richtung Spannungshaltung unter Beweis gestellt. Insbesondere profitiert aber der Betreiber davon: Es verbessert sich die Gesamteffizienz der KWK-Anlage sowohl durch eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads als auch durch die Anhebung der Jahresbetriebsstunden. Die optimierte Systemflexibilität führt zu einer maximalen Abdeckung des Objektbedarfs an Strom und Wärme.

Ein Beispiel: Die installierte Einheit bestehe aus einem BHKW-Typ XRGI 6 mit 6/13 kWel/th (inklusive Brennwertnutzung) und einer Leistungsmodulation von 2,5 … 6 kWel, einer EC-Power-L/W-Wärmepumpe mit 2 kW Kompressorleistung und 7 kW Wärmeabgabe und einem Elektro-Heizmodul. Die Wärmepumpe erhöht die Rücklauftemperatur im separaten Heizungsrücklaufsammler.

Als Ausgangssituation betrage die (Allgemein-)Stromlast des Objekts 3 kW. Die liefert das BHKW-Modul und zusätzlich 8 kW thermisch. Da zurzeit kein nennenswerter Wärmebedarf besteht, fließt der Wärmestrom aus dem BHKW-Betrieb in den Pufferspeicher, aus dem sich die Heizung bei Bedarf bedient. Die Wärmepumpe arbeitet momentan nicht. Sie hatte zuvor den Speicher bis zur Minimumreserve aufgeladen. Minimumreserve heißt: Im Pufferspeicher existiert genügend freie Kapazität, um über einen bestimmten Zeitraum den Wärmestrom aus dem BHKW-Betrieb einlagern zu können. Erkennt der Regler, dass es momentan sehr wirtschaftlich ist, Strom selbst zu produzieren, steht dann durch die Minimumreserve eine gesicherte BHKW-Laufzeit zur Verfügung. Der äquivalente Gasverbrauch entspricht in der Ausgangssituation dem für 12 kW. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems beläuft sich auf 91,6 %.

Gegen Nachmittag ändert sich der Strombedarf des Objekts nicht, es steigt aber der Wärmebedarf auf 12 kW. Den deckt die Heizung zunächst bis zur Minimumreserve aus dem Pufferspeicher, anschließend springt zusätzlich zum BHKW die Wärmepumpe an. Das XRGI 6 regelt auf 5 kWel hoch, um auch die 2 kW für die Wärmepumpe zu generieren. Die Wärmeleistung des BHKW-Moduls steigt auf 11 kW und die thermische Gesamtleistung der Kombination BHKW plus Wärmepumpe auf 18 kW.

Das Regelungsmanagement schiebt den aktuellen Wärmebedarf von 12 kW direkt in die Heizung und mit den restlichen 6 kW belädt es den Speicher. Der äquivalente Gasverbrauch entspricht dem für 17 kW. Obwohl gegenüber der Ausgangsposition die Wärmeleistung des Systems um 10 kW gestiegen ist, erhöht sich durch die von der Wärmepumpe eingespeiste Umweltenergie der Gasverbrauch nur um 5 kW, von ehedem 12 auf 17 kW. Damit klettert wärmeseitig der Wirkungsgrad auf 106 %. Abzüglich der 2 kW für die Wärmepumpe speist das BHKW darüber hinaus weiterhin die von anderen Verbrauchern angeforderten 3 kW ins Objektnetz, sodass der Gesamtwirkungsgrad des Systems 123,5 % beträgt.

Höchste Eigenstromnutzung im Fokus

Das BHKW und die Wärmepumpe kommunizieren über eine Spezialapplikation miteinander. Hierarchie und Strategie orientieren sich an einer maximalen Eigennutzung des KWK-Stroms. Das gilt ebenfalls in Kombination mit einer zusätzlichen Photovoltaik-Anlage. Falls die BHKW-Leistung nicht ausreicht, die Gesamtstromlast abzudecken, entnimmt die Anlage wie üblich die Restmenge aus dem öffentlichen Netz.

Auf das greift sie vorrangig selbstverständlich auch dann zu, wenn zukünftig negative Regelenergie (Stromüberschuss) zur Verfügung steht. Das Digitalisierungsgesetz vom 1. Januar 2017 schreibt den Aufbau solcher Smart-Grid-Netze vor. Je nach externem Angebot (Preissignal) und Bedarf beziehungsweise Tages- und Stundentarif, nach internem Wärme- und Strombedarf sowie nach Pufferkapazität ermittelt auch in solch einer Infrastruktur der EC-Power-Regelungsmanager den bestmöglichen Einsatz von BHKW, Wärmepumpe oder / und Elektro-Heizmodul.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Wärmepumpe sorgt für höhere BHKW-Effizienz
  2. Teil: Kontakt zum Anbieter
  • 2  Durch den Einsatz der Wärmepumpe erhöht sich die Stromproduktion um rund 20 %.

EC Power

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