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Blockheizkraftwerk

Mit Polysun können Blockheizkraftwerke (BHKW, Kraft-Wärme-Kopplung, KWK, Co-Generators) simuliert werden. Blockheizkraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und dienen der gleichzeitigen Gewinnung von thermischer und elektrischer Energie. Zum Einsatz kommen BHKWs hauptsächlich bei dezentralen Energieversorgungslösungen von Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie Industriebetrieben.

Leistungsmodulation

Eine Vielzahl von BHKWs arbeitet im nicht modulierenden On-/Off-Betrieb. Sobald das BHKW durch die Steuerung angefordert wird fährt es auf einen BHKW-spezifischen Betriebspunkt hoch und wandelt die zugeführte Brennstoffenergie in einem festen Verhältnis in thermische und elektrische Energie um. Daneben existieren BHKW-Modelle, welche in einem gewissen Bereich leistungsmodulierend betrieben werden können. Durch die Leistungsmodulation können das Taktverhalten und die Betriebsdauer positiv beeinflusst werden, was sich wiederum positiv auf die Wartungsintervalle und die Wirtschaftlichkeit auswirkt.

Der Leistungsbereich des jeweiligen BHKWs lässt sich im Katalog über zwei Stützstellen definieren, den auf die zugeführte Brennstoffleistung bezogenen maximalen und minimalen Betriebspunkt. Pro Stützstelle werden die aufgenommene Brennstoffleistung, der thermische Wirkungsgrad und der elektrische Wirkungsgrad benötigt. Sollte es sich um ein BHKW handeln, das nicht leistungsmodulierend betrieben werden kann, so sollen die minimalen den maximalen Werte gleich eingetragen werden.

Je nach Wahl der Modulation rechnet das Modell mit den fixen Leistungsdaten oder interpoliert bedarfsgerecht zwischen den beiden Stützstellen.

Betriebsweise

Ein Blockheizkraftwerk kann grundsätzlich nach zwei verschiedenen Regelstrategien betrieben werden; wärmegeführt und stromgeführt. Bei der wärmegeführten Betriebsweise wird das BHKW strikt nach dem Wärmebedarf betrieben. Die dabei abgegebene elektrische Energie wird wahlweise für die Deckung des Eigenbedarfs verwendet oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Bei der stromgeführten Betriebsweise dient der Bedarf an elektrischer Energie als Führungsgrösse für den Anlagenbetrieb. Dabei muss jedoch sichergestellt werden können, dass die abgegebene Wärme jederzeit direkt oder indirekt über Speichermodule abgenommen werden kann. Ist dies nicht gewährleistet, so muss die Wärme über Notkühlvorrichtungen weggekühlt werden. Dies wirkt sich jedoch negativ auf den Gesamtnutzungsgrad aus und sollte möglichst vermieden werden. Eine interessante Alternative ist daher die kombinierte Betriebsweise. Bei dieser wird primär auf eine Deckung des Wärmebedarfs geachtet und nebenbei versucht, möglichst viel elektrische Energie bereitzustellen, ohne jedoch überschüssige Wärme ungenutzt an die Umgebung abführen zu müssen.

Die Betriebsweise der BHKWs lassen sich in Polysun über den Steuermodus definieren. Über die frei programmierbare Steuerung kann das BHKW sowohl nach dem Wärmebedarf, wie auch nach dem Strombedarf oder einer beliebigen Kombination daraus betrieben werden.

Steuerung

Die BHKW-Komponente lässt sich sowohl mit der Wärmeerzeugersteuerung, wie auch mit der frei programmierbaren Steuerung betreiben. Es ist zu beachten, dass bei der Wärmeerzeugersteuerung als Default-Einstellung direkt und ausschliesslich die wärmegeführte Betriebsweise zur Verfügung steht. Wahlweise kann entweder nur der Status oder zusätzlich die geregelte Leistung des BHKWs für den entsprechenden Modulationsbetrieb angesteuert werden. Es ist zu beachten, dass ein BHKW nur geregelt betrieben werden kann, falls in der Datenbank die Stützstellen entsprechend parametriert wurden. Ansonsten wird es trotz der Ansteuerung der geregelten Leistung nicht modulierend betrieben.

Bei der frei programmierbaren Steuerung steht mit dem Steuermodus ein weiterer Ausgang zur Verfügung, den man wahlweise auf den Wert „1“, wärmegeführter Betrieb, oder den Wert „2“, stromgeführter Betrieb, setzt. Nach wie vor muss sowohl der Status wie auch die geregelte Leistung angesteuert werden. Mit dem Steuermodus definiert man, ob es sich bei der angeforderten Leistung um eine thermische (1) oder eine elektrische (2) Leistung handelt. Entsprechend rechnet das Modell wahlweise mit den thermischen oder den elektrischen Werten aus der Datenbank. Als dritter Steuermodus steht der Modus „0“ zur Verfügung. Ist dieser aktiv, so wird das BHKW nicht-modulierend betrieben, auch wenn es dies grundsätzlich könnte. Dies erlaubt den Einfluss der Modulation zu untersuchen.

Tabelle: Steuerungsoptionen für das Blockheizkraftwerk