Die Bedeutung der Jahresdauerlinie bei einem BHKW
Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme in einem BHKW ist nach wie vor ein Thema. Welche Rolle die Jahresdauerlinie für die Wirtschaftlichkeitsberechnung spielt, erklären wir dir hier.
Inhalt des Blogartikels
Die richtige Größe des BHKWs ist essenziell
Damit ein Blockheizkraftwerk (BHKW) nicht zu groß dimensioniert wird und dadurch mit einem geringen Jahresnutzungsgrad nicht wirtschaftlich arbeitet, spielen die Betriebsstunden bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eine wichtige Rolle. Der Leistungsbedarf lässt sich mittels der Jahresdauerlinie besser berechnen. Um den zeitlichen Verlauf von Energieverbräuchen zu charakterisieren, kommt daher diese Linie zum Einsatz. Mit dieser grafischen Darstellung kannst du über das Jahr verteilt die Nachfrage nach Strom und Wärme erfassen und vergleichen.
Die Dimensionierung eines Blockheizkraftwerks lässt sich anhand der Wärmegrundlast und des Strombedarfs ermitteln. Im Bereich der Ein- und Mehrfamilienhäuser soll das BHKW neben Wärme auch günstigen Strom für den Eigenverbrauch produzieren. Aus diesem Grund ist eine hohe Laufzeit des BHKWs wichtig: Der Wärmebedarf sollte mindestens 5.000 Stunden im Jahr betragen. Im Sommer kannst du das durch die Warmwasserbereitung erreichen.
Was besagt die Jahresdauerlinie eines BHKWs im Detail?
Wie bereits erwähnt, ist bei der Planung eines BHKWs die Jahresdauerlinie ein wichtiges Hilfsmittel, um die erforderliche Dimensionierung und die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu ermitteln. Wobei sich die Jahresdauerlinie auf das Heizsystem bezieht, das bislang für die Wärmeversorgung eingesetzt wurde.
Anhand der Jahresdauerlinie kannst du ablesen, wie viel Leistung in einem Jahr an wie vielen Stunden das BHKW bringen muss, um dein Haus oder Gebäude ausreichend zu versorgen. Auf der x-Achse (waagerechte Linie) sind die 8.760 Stunden des Jahres aufgeführt. Die Daten auf der y-Achse (senkrechte Linie) des Liniendiagramms zeigen bei wärmegeführten BHKW die Wärmeleistung in Kilowatt (kW).
Den höchsten erforderlichen Wärmebedarf am kältesten Tag des Jahres findest du ganz oben durch die linke Markierung der Jahresdauerlinie auf der y-Achse. Dem rechten Teil der Jahresdauerlinie kannst du die notwendige Grundlast entnehmen. Diese wird immer verbraucht, auch dann, wenn du keine Heizwärme, sondern nur Brauchwarmwasser benötigst. Dies sind die Betriebsstunden im Sommer. Die Jahreswärmemenge, also die Summe aus Heizwärme und Brauchwarmwasser, entspricht der gesamten Fläche unterhalb der Jahresdauerlinie. Damit das BHKW wirtschaftlich arbeitet, sollte sich die Leistung im Bereich unterhalb der Jahresdauerlinie bewegen. Den zusätzlichen Wärmebedarf kannst du beispielsweise über einen konventionellen Heizkessel decken.
Der Betrieb eines BHKWs ist nur dann sinnvoll, wenn die erzeugte Wärme einen Abnehmer findet. Wenn du wissen möchtest, wann und für welchen Zeitraum das gegeben ist, suchst du auf der x-Achse die gewünschte Laufzeit in Stunden. Anschließend gehst du von diesem Punkt aus senkrecht nach oben. Der Schnittpunkt mit der Jahresdauerlinie zeigt dir dann auf der y-Achse die Wärmeleistung, die erforderlich ist, um die angestrebten Betriebsstunden zu erreichen. Ein zusätzlicher Spitzenlastkessel muss die Wärmedifferenz zur Spitzenleistung bereitstellen.
Je steiler die Jahresdauerlinie ist, desto ungleichmäßiger fällt die Auslastung aus, die für die Deckung des Wärmebedarfs benötigt wird. Je flacher die Jahresdauerlinie verläuft, desto höher ist die erreichbare Auslastung des BHKWs.
Was besagt der Wärmebedarf bei der Jahresdauerlinie?
Um die optimale Leistung eines BHKWs zu ermitteln, musst du folgende Werte kennen:
- die innerhalb eines Jahres bereitzustellende Wärmemenge
- die maximale Wärmeleistung, die bei der Gebäudebeheizung an Tagen mit der niedrigsten Außentemperatur angefordert wird
Erfasst du die benötigte Wärmemenge mittels Wärmemengenzähler, ist das kein Problem. In der Regel wirst du jedoch nicht herumkommen, den Wärmebedarf indirekt über den verwendeten Brennstoff zu ermitteln. Bei Erdgas kannst du den Abrechnungsunterlagen des Versorgungsunternehmens entnehmen, wie viel Gas du im Zeitraum eines Jahres benötigt hast. Befeuerst du das BHKW mit Heizöl, gibt es meist nur die Heizölrechnungen der letzten Jahre. In diesen Fällen kannst du den Jahresverbrauch an Heizöl durch eine genaue Tagesbilanzierung unter Einbeziehung der Außentemperaturen errechnen.
Um die erzeugte Wärmemenge zu ermitteln, ist es außerdem wichtig, den Jahresnutzungsgrad des Kessels zu kennen. Dazu musst du wissen, wie hoch die Abgasverluste und die Abstrahlungsverluste des Kessels für den gesamten Zeitraum der Betriebsbereitschaft und des Brennerstillstands sind. Diese Angaben findest du in den Unterlagen der jährlichen Emissionsmessungen. Das beeinflusst den Jahresnutzungsgrad:
- Qualität der Kesselisolierung
- Höhe der Temperatur des Kesselwassers
- Grad der Überdimensionierung
Die Jahresnutzungsgrade alter Kessel liegen zwischen 70 Prozent und 80 Prozent. Neuere Kessel, richtige Auslegung vorausgesetzt, erreichen um die 90 Prozent und darüber. Brennwertkessel überzeugen mit Jahresnutzungsgraden von fast 100 Prozent.
Im Privatsektor handelt es sich in der Regel um wärmegeführte BHKW. Der wärmegeführte Betrieb zeichnet sich wie folgt aus:
- Betrieb gemäß Wärmebedarf der zu versorgenden Immobilie
- wirtschaftlicher Vorteil bei Wärmerzeugung und teilweiser Eigenstromnutzung
- optimale Auslastung des BHKWs
- energetisch und ökologisch betrachtet die beste Betriebsart
Strombedarf nicht vergessen
Soll der erzeugte Strom zumindest teilweise zur Deckung des Eigenbedarfs und einer deutlichen Reduzierung der Strombezugskosten dienen, musst du feststellen, bei welcher Leistungsgröße das BHKW den höchstmöglichen Anteil des Strombedarfs abdecken kann. Handelt es sich um ein Mini-BHKW für gewerbliche oder auch kommunale Gebäude, kannst du dich sogenannter Lastganglinien bedienen, die durch Messen des Strombedarfs ermittelt werden.
Exkurs: Der Lastgang (auch Lastprofil oder Lastkurve) eines Verbrauchers für elektrische Energie oder Erdgas dokumentiert den zeitlichen Verlauf der jeweils bezogenen Leistung. Es gibt Tagesprofile, aber auch Jahresprofile, welche die Leistungsschwankungen für den gewählten Zeitraum zeigen.
Liegen dir die Jahresdauerlinien für Strom und Wärme vor, kannst du diese miteinander vergleichen. So stellst du schnell fest, ob eine zeitliche Deckung der Bedarfe gegeben ist.
Wohin mit den Überschüssen?
Überschüssigen Strom kannst du in das öffentliche Netz einspeisen. Dafür bekommst du dann eine Vergütung. Überschüssige Wärme kannst du zumindest teilweise in einem Pufferspeicher zwischenlagern. Die Größe des Pufferspeichers solltest du so wählen, dass das BHKW in der Lage ist, eine Stunde im Volllastbereich zu laufen.
Planungshilfe für die BHKW-Jahresdauerlinie
Neben der Ermittlung von Monats-, Jahres- oder Tagesverbrauchswerten kann zur Ermittlung von Jahresdauerlinien das standardisierte Verfahren (Typtagverfahren nach VDI-Richtlinie 2067) angewendet werden. Zur VDI-Richtlinie 4656 für die Planung und Dimensionierung von Mikro-KWK-Anlagen in Ein- und Mehrfamilienhäusern gehört auch eine Berechnungssoftware.
Zudem gibt es Planungsprogramme von den Herstellern und herstellerunabhängige Programme für die Simulation thermisch-dynamischer Prozesse. Mit diesen Programmen ist eine exakte Auslegung, Simulation und Berechnung von BHKW verschiedener Hersteller möglich; auch Wirtschaftlichkeitsvergleiche.
