Lösungsweg BHKW-Plan Auslegung und Wirtschaftlichkeitsberechnung für ein Krankenhaus

 

Aufgabe:

 

Ein bestehendes Krankenhaus in Frankfurt a.M. mit folgenden realen Verbrauchswerten:

Jahreswärmebedarf               10.000 MWh

Jahresstromverbrauch            4.800 MWh

soll in Zukunft mit einem BHKW teilversorgt werden.

Die Nutzfläche wird mit 25.000 m² angegeben.

 

 Bild BHKW-Plan Menü

 

1. Projekt neu

 

Zuerst wird das Projekt neu angelegt, d.h. der Projektname "Aufgabe1" und die Beschreibung "Krankenhaus Frankfurt a.M." werden angegeben.

 

2. Wärmebedarf berechnen

 

Hier muss zunächst eine Klimaregion, in diesem Fall Frankfurt a.M., ausgewählt werden. Der Einfluss der Klimaregion ist nicht unerheblich, da bei BHKW-Plan auch die Strahlung miteinbezogen wird. So liefern zwei TRY-Zonen mit ähnlichen mittleren Außentemperaturen (z.B. Essen und Frankfurt) unterschiedliche Ergebnisse. Die Unterschiede steigen mit den vorhandenen Fensterflächen.

Hier wird mittels der Taste Auswahl Gebäude wird der Dialog für die Gebäudesauswahl aufgerufen.

Mit den Filterfunktionen: Liste Gebäude-Datenbank einschränken werden die Nichtwohngebäude und Gebäudeart Krankenhaus ausgewählt und dann aus der Gebäude Datenbank ein Krankenhaus aktiviert und mittels Tasteß aus der Datenbank hinzufügen ausgewählt.

 

Durch Taste Wohn-/Nutzfläche ändern kann die Nutzfläche angepasst werden.

Es wird das abgebildete Fenster geöffnet. Hier können vorgegeben werden entweder :

- gesamte Wohn-/Nutzfläche des ausgewählten Gebäudes

- Wärmeverbrauch (Lite Öl, Gasmenge usw.)

angegeben. Bei Angaben mit Wärmeverbrauch scalliert das Programm automatisch die Wohnfläche

Das Gebäude Krankenhaus wird, da der Wärmeverbrauch mit dem der Aufgabenstellung übereinstimmt, genommen.

 

Da es sich hier um ein Einzelobjekt handelt und keine Leitungen außerhalb des Gebäudes verlegt sind, werden die Netzverluste mit 0% angesetzt.

 

Mit Taste OK werden die Eingaben bestätigt und das Fenster verlassen.

 

Nachdem nun das Gebäude näher bestimmt ist, kann die Simulation mit Taste Durchführen der Simulation gestartet werden.

 

Anhand einer Fortschrittsanzeige lässt sich der Arbeitsfortgang erkennen.

Die Simulationsergebnisse werden zunächst in Form einer geordneten Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs dargestellt.

Die Jahresdauerlinie kann im Hauptmenü mit Taste Bericht drucken und Aktivierung des entsprechenden Optionsfeldes bei Grafik Jahresdauerlinie mit BHKW-Laufzeiten auch ausgedruckt werden.

Die erhaltenen Kennwerte lassen sich durch Taste Ergebnis auf dem Bildschirm darstellen bzw. durch Taste Protokoll ausdrucken.

Der Verlauf des Wärmebedarfs über ein Jahr kann in Form von Stundenwerten mittels Taste Speichern der Wärmebedarfsganglinie abgespeichert werden. Die Daten werden in der Projektarbeitsmappe unter dem Blatt Ganglinie abgelegt.

Dies ist nur notwendig, wenn die Stundenwerte mit MS Excel direkt weiterbearbeitet werden sollen.

Mit der Taste Schließen wird zum Hauptmenü zurückgekehrt.

 

3. Strombedarf berechnen

 

Hier wird aus der Stromverbraucher-Datenbank der Stromverbrauchstyp  Krankenhaus2 ausgesucht. Mit der Taste <-- Aus der Datenbank hinzufügen wird er in die Anwendung übernommen.

Mit der Taste Neuer Wert wird der Jahresverbrauch angepasst, hier auf 4800 MWh.

Nun wird Taste Simulation betätigt. Daraufhin wird die monatliche Verteilung des Verbrauchs angezeigt.

4. Wärme- und Stromerzeugung 

 

Hier wird zuerst die Betriebsweise wärmegeführt eingegeben. Dann werden die BHKW-Module entsprechend ihrer Eigenschaften aus der BHKW-Datenbank mittels der Tasteß aus der Datenbank hinzufügen ausgewählt.

In diesem Beispiel soll ein Drittel der Wärmeleistung durch BHKW-Module bereitgestellt werden, was bei 3425 kWth in etwa einem Wert von etwa 400 kWth entspricht. Dadurch sollen hohe jährliche Laufzeiten erzielt werden. Weiterhin soll mit Rücksicht auf die Stromsteuer die elektrische Leistung der Module unter 700 kW bleiben.

 

Es werden drei Module der Firma Kuntschar und Schlüter eingesetzt.

Werden mehrere Module gleichen Fabrikats und Typs vorgesehen, hat dies den Vorteil, dass durch das Modulmanagement die Module beliebig ansprechbar sind und die Laufzeiten an die Wartungsintervalle angepasst werden können.

Die Erfahrungen zeigen,dassß für einen wirtschaftlichen Betrieb eine jährliche Mindestlaufzeit von etwa 4000 h/a für das ungünstigste Modul anzustreben ist.

 

 

Mit Taste Simulation wird die Simulation des BHKW-Betriebes gestartet. Die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm dargestellt.

Mit der Taste JDL mit BHKW können die Deckungsanteile der Module in der Jahresdauerlinie angezeigt werden.

 

 

 

Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Leistungsdeckung durch die BHKW-Module von ca. 30% der Deckungsanteil an der Wärmemenge ca.70 % beträgt. Ein Ausbau der Leistungsdeckung durch weitere Module bringt nur geringe zusätzliche Wärme- und Strommengen. Eine Deckung der verbleibenden Spitzenlast durch Heizkessel ist in diesem Fall wirtschaftlicher.

Mit der Taste Spitzenkessel wird zum Eingabefenster für die Spitzenkessel

gewechselt.

Hier können nun aus der Kesseldatenbank passende Modelle ausgewählt werden.

In diesem Fall kommt eine Kombination von Ölkessel mit 1200 kW thermischer Leistung zum Einsatz.

 

 

Mit Taste Simulation werden die Spitzenlastkessel in die Simulation einbezogen und die Ergebnisse wie auf der folgenden Seite dargestellt

Die Ölkessel erzeugen nur einen kleineren Teil der Wärmemenge. Eine Deckung der gesamten Spitzenlast über erdgasbefeuerte Heizkessel würde zu sehr hohen Leistungsbereitstellungskosten führen. Dem sind die Kosten für die Heizöllagerung gegenüberzustellen.

 

Um die KWK mit der herkömmlichen getrennten Erzeugung von Wärme und Strom vergleichen zu können, sind nun Angaben über die bestehenden bzw. alternativ vorgesehenen Anlagen zu machen. Hierzu die Taste Heizung.

Die alternative Kesselkonfiguration besteht aus drei Ölkesseln mit jeweils 1200 kW Leistung .

 

Zuletzt wird nun mit Taste Stromproduktion der alternative Kraftwerkstyp für die Stromerzeugung angegeben. Hier besteht die Auswahl zwischen einem Kohlekraftwerk, einem Erdgas GuD-Kraftwerk sowie dem Kraftwerksmix der BRD des Jahres 1994 und 1999. Hier stehen sich unterschiedliche Philosophien gegenüber.

Hinter dem Kohlekraftwerk steht der Gedanke, dass durch den Einsatz von BHKWs langfristig die von den EVUs meist mit Kohlekraftwerken gedeckte Mittellast des gesamten Versorgungsnetzes reduziert wird. Bei dieser Wahl werden dann im Emissionsvergleich durch Einsatz der KWK die höchsten Reduzierungen bilanziert.

Hinter dem BRD-Mix steht die Auffassung, dass durch den Ausbau der KWK nicht nur Steinkohlekraftwerke sondern der gesamte Kraftwerkspark, einschließlich der zur Grundlastdeckung betriebenen Kernkraftwerke betroffen ist.

 

Es wird Mix BRD 2009 ausgewählt. Damit wird die Brennstoffbilanz bezogen auf den unteren Heizwert erstellt.

5. Erlöse berechnen 

 

Hier sind mit Taste Auswahl der Strompreisregelung die Tarife für Strombezug, Stromeinspeisung und Reststrombezug festzulegen.

Beim Strom- und Reststrombezug wird der Tarif EVS-F2 ausgewählt. Bei der Stromeinspeisung wird der Wert nach EEX plus 0,5 ct/kWh (vermiedene Netzkosten) eingegeben.

Ab 1.1.2009 gilt eine neue Bonus-Regelung auf den erzeugten Strom hier werden bis 50 kW 5,11 ct/kWh und alle weiteren 2,1 C/kWh  eingetragen.

Ab Oktober 2012 werden bis 50 kW 5,41 ct/kWh und bis 250 kW 4 ct/kWh und alle weiteren 2,4 ct/kWh gerechnet.

 

Nach neuen KWK-Gesetz wird bis 50 kW der Bonus 10 Jahre gezahlt und über 50 bis 2000 kW (maximal 30.000 Vollbenutzungsstunden)

 

7. Kosten berechnen

Die Angaben zu den Investitionskosten des BHKWs  können wie folgt übernommen werden:

Zu beachten ist, dass die Investitionskosten für die Module bereits vom Programm berücksichtigt werden. Quelle hierfür ist die BHKW-Datenbank. Die Investitionen dürfen auf keinen Fall an dieser Stelle bei einer Position hinzugerechnet werden.

 

 

Bei den Betriebskosten ist ein spez. Vollwartungspreis von 0,022 €/kWhel anzusetzen, dieser muss bei Hersteller Projektabhängig erfragt werden.

Die Angaben für die Investitionen der Heizung der getrennten Erzeugung erfolgt mittels der Taste Daten von der KWK-Erzeugung übernehmen . Auch hier werden die Investitionskosten für die Kessel bereits intern berücksichtigt.

Die Betriebskosten stellen sich folgendermaßen dar.

Nun fehlen noch Angaben zu den Brennstoffkosten.

Die Mineralölsteuererstattung wird für den BHKW-Betrieb mit 5,50 €/MWh angegeben, die Stromsteuerersparnis mit –20,5 €/MWh.

Mit Taste Wirtschaftlichkeitsberechnung werden nun alle Kosten berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt:

 

Eine Aussage über die Wirtschaftlichkeit der KWK erlaubt der Überschuss. Ist dieser positiv, so ist die KWK die kostengünstigere Variante. Ein negativer Überschuss würde erhöhte Kosten durch Einsatz der KWK ausweisen.

Es zeigt sich auch, dass die unterschiedliche Behandlung bei der Mineralöl- und Stromsteuer sich für das BHKW sehr vorteilhaft auswirkt.

 

Aufgabenstellung1a

 

 

 

 

Gegeben:

 

Projekt  Krankenhaus in Frankfurt a.M.

 

Aufgabe:

 

Es soll geprüft werden, ob man durch Verzicht auf Einspeisung auf eine größere Wirtschaftlichkeit kommt.

 

Praktische Übungen

Befehl „Speichern unter“


 

Aufgabe 1b: Nahwärmenetz Krankenhaus plus Verwaltung und Schwesternwohnheim

 

Verwaltunggebäude Baujahr 1948
Saniert 2000

220 MWh Gasverbrauch

Heizung 1972

 

Wohnheim Baujahr 1980

Unsaniert

380 MWh Gasverbrauch

Heizung 1980

 

Projekt Speichern unter

Oberfläche BHKW-Plan

Wir ändern das vorhandene Verwaltungsgebäude entsprechen den U-Werten eines gut sanierten Gebäudes.

Außenwand 0,28; Fenster 1,1; Dachfläche 0,22, Grundfläche 0,35 und Sonstiges 1,5.

Neuer Name Verwaltung-B-S-1xx

Wichtig: Die Wohn-/Nutzfläche wird nicht geändert, denn diese passt zur Hüllfläche.

Mit der Taste „Speichern unter“ wird das neue Gebäude gespeichert.

Das neue Gebäude wird in der Datenbankaufwahl markiert und dann übertragen.

Dabei geht automatisch der Diealog zur eingabe der Wärmeverbäuche auf. Jetzt kann die Wohn-/Nutzfläche angepasst werden, oder die Brennstoffverbräuche eingegeben werden.

 

 

 

Damit ist das neue Nahwärmenetzt definiert. Es wird jetzt noch die Netzverluste eingetragen, wir nehmen hier 10 % an.

Danach kann die Simulation durchgeführt werden.

Die BHKW Simulation kann jetzt auch neu simuliert werden.

 

Aufgabenstellung 1c:

 

Gegben ist ein Monatlicher Gasbedarf:

 

Gasbedarf in MWh

 

Januar

2.099,3

Februar

1.760,9

März

1.622,4

April

990,4

Mai

695,4

Juni

465,2

Juli

426,3

August

393,1

September

648,0

Oktober

1.150,4

November

1.580,3

Dezember

1.950,2

 

 


Aus den Sommermonaten kann der Prozesswärmebedarfs für das ganze Jahr abgeschätzt werden. Beim Krankenhaus ist die Brauchwasser mit hohen Zirkulationsverlusten. In diesen Fall nehmen wir den Juni, Juli und August (bitte Ferienzeiten beachten) und bilden den Mittelwert : 428,2 MWh und rechnen diesen Verbrauch für das ganze Jahr: 5138,4. Danach verbleibt als Heizenergiebedarf: 8.643,5 MWh.

Mit diesen Werten können wir das Krankenhaus entsprechend dem Gasverbrauch simulieren.

 

Aktuell sind 118 Gäste und keine Mitglieder online