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Einbindung von Solar- und Windkraft-Anlagen in dezentrale Energieversorgungssysteme 5.5. Wärme- und Klimakälteversorgung Die Wärmeversorgung wird, in Abhängigkeit der Konfiguration, von den Anlagenkomponenten Heizkessel, Blockheizkraftwerk und Solarthermie sichergestellt. Wärme wird benötigt, um die Versorgung mit Heizwärme, Trinkwarmwasser und Klimakälte sicherzustellen. Prinzipiell wird primär die Wärme der Solarthermieanlage genutzt. Zunächst wird damit der Bereitschaftsspeicher für das Trinkwarmwasser erwärmt. Überschüssige Wärme wird bei Bedarf zur Absorptionskältemaschine oder in den Heizkreis abgegeben. Ist beides nicht möglich, kann der Erdlangzeitspeicher beladen werden. Das Blockheizkraftwerk ergänzt den fehlenden Bedarf in der gleichen Reihenfolge, wobei die überschüssige Wärme bei den stromgeführten Betriebsweisen ebenfalls in einen Erdlangzeitspeicher eingespeist wird. Wie bei den vorherigen Punkten wird vergleichend davon ausgegangen, daß kein Langzeitspeicher für die BHKW-Wärme vorhanden ist. Sollte das Angebot der Solarthermieanlage und des Blockheizkraftwerkes zur Versorgung dennoch nicht ausreichen, wird sie mit Energie vom Heizkessel ergänzt. Den Abbildungen 5-15 und 5-16 können die Anteile der Anlagenkomponenten an der Heizwärmeversorgung entnommen werden. Die Solarthermie – gelbe Säulen – trägt für die Varianten eines hohen Heizenergiebedarfes (1, 3, 5, 7 und 9) nur mit maximal ca. 23 Prozent zur Versorgung bei. Ist der Heizenergieverbrauch niedrig (Varianten 2, 4, 6, 8, 10 und 11), steigt dieser Anteil auf beachtliche 65 Prozent für eine Kollektorfläche von 6500 m². Wird allerdings im Sommer Wärme für die Bereitstellung von Klimakälte benötigt (alle Varianten mit der Nomenklatur „b“), sinkt er auf ungefähr 55 Prozent. Diese Versorgungsanteile steigen mit den der Vergrößerung des Solarthermiefeldes allerdings nicht linear, da primär der Bereitschaftsspeicher für das Trinkwarmwasser beladen wird. Bei einer Solarthermiefläche von 2250 m² deckt die Sonnenenergie bereits mit rund 70 Prozent den Großteil des Bedarfes an Trinkwarmwasser. Allerdings steigt dieser Anteil trotz größerer Fläche nur auf reichlich 75 bis 77 Prozent. Die restliche Wärme wird bis auf die Simulationsvarianten 1 und 2 fast ausschließlich vom Blockheizkraftwerk zur Verfügung gestellt (siehe Anhang zu Hauptpunkt 5). Die Versorgung mit Klimakälte wird ab einem Kollektorfeld von 4500 m² nahezu vollständig von der Solarthermie garantiert. Beträgt die Solarthermiefläche 2250 m², können bei einem hohen Klimakältebedarf 25 Prozent und bei niedrigem Klimakältebedarf sogar ca. 60 Prozent abgedeckt werden, wie dem Anhang entnommen werden kann. Auch hierbei übernimmt vornehmlich das BHKW die Versorgung mit der fehlenden Wärmeenergie. Der weitaus größte Teil der Wärmeenergie des Blockheizkraftwerkes wird in den Heizkreis eingespeist. Bei niedrigem Wärmeverbrauch decken das Blockheizkraftwerk und die Solarthermie fast gänzlich den Bedarf, wie die gelben und blauen Säulenlängen der Abbildungen 5-15 und 5- 16 zeigen. Nur bei der Mischfahrweise und der Ergänzung mit Windkraft und Photovoltaik bei der stromgeführten Betriebsweise des Blockheizkraftwerkes reicht der Wärmeertrag nicht aus. Für die fehlende Bedarfsdeckung steht der Heizkessel zur Verfügung. Zudem wird über die Hälfte des Verbrauches bei hohem Wärmebedarf bei beinahe allen Simulationsvarianten vom Heizkessel, wie die Länge der roten Säulen zeigt, gedeckt. Wird die in der heizfreien Zeit überschüssige Wärme des Blockheizkraftwerkes nicht mittels Erdlangzeitspeicher für die Heizperiode verfügbar gemacht, ist bis auf die wärmegeführte Betriebsweise (Var. 3 und 4) und den Dauerbetrieb (Var. 7 und 8) des Blockheizkraftwerkes bei niedrigem Heizenergiebedarf immer eine Ergänzung durch den Heizkessel notwendig. Die detaillierten Daten der Simulationen können dem Anhang entnommen werden. – 102 –
Heizwärme [MWh/a] 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Einbindung von Solar- und Windkraft-Anlagen in dezentrale Energieversorgungssysteme Heizkessel BHKW wärmegeführt Solarthermie BHKW Heizkessel BHKW Mischfahrweise 0 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b 6a 6b 7a 7b 8a 8b 7a 7b 8a 8b Simulationsvariante – 103 – BHKW Dauerfahrweise BHKW Dauerfahrweise ohne Langzeitspeicher BHKW-Wärme Abbildung 5-15: Deckung des Heizenergiebedarfes durch die Anlagenkomponenten für die Simulationsvarianten 1 bis 8 sowie für den Dauerbetrieb ohne Langzeitspeicher für die BHKW-Wärme, jede Variante ohne und mit 2250 m², 4500 m² u. 6500 m² Solarthermie. Heizwärme [MWh/a] 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 BHKW stromgeführt Netzkopplung ohne PV / WKA mit 459 kW(peak) PV 460 kW WKA BHKW stromgeführt autark BHKW stromgeführt Netzkopplung Solarthermie BHKW Heizkessel ohne Langzeitspeicher BHKW-Wärme BHKW stromgeführt autark 9a 9b 10a 10b 11a 11b 9a 9b 10a 10b 11a 11b Simulationsvariante Abbildung 5-16: Deckung des Heizenergiebedarfes durch die Anlagenkomponenten für die Simulationsvarianten 9 bis 11 mit und ohne Langzeitspeicher für die BHKW-Wärme, für jede Variante ohne und mit 2250 m², 4500 m² u. 6500 m² Solarthermie.
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Dissertation Einbindung von Solar-
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Danksagung Auch wenn als Autor nur
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Volumenströme [m³/h], Temperature
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Temperaturen [°C]. 120 110 100 90
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