Eigenstromerzeugung
Eigenstromerzeugung bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Energiekosten zu reduzieren und gleichzeitig die Umweltbelastung zu minimieren
Durch die Anwendung erneuerbarer Energien wie Solarenergie oder Windkraft lässt sich die Nachhaltigkeit des Energiemixes erheblich verbessern. Die Integration von Energiespeichersystemen ermöglicht die effiziente Nutzung des selbst erzeugten Stroms sowie die Kompensation von Versorgungsschwankungen. Eine gründliche Planung und Analyse des Energiebedarfs sind entscheidend, um die optimale Größe und Art der Anlage zur Eigenstromerzeugung festzulegen.
Eigenstromerzeugung für die Arbeitsplatzbeleuchtung
Eigenstromerzeugung
Digitale Transformation in der Industrie
Moderne Antriebssysteme mit digitaler Integration erhöhen Effizienz und Präzision in industriellen Anwendungen.
Eigenstromerzeugungsanlagen kommen zum Einsatz, wenn ein Gebäude mithilfe von intern erzeugtem Strom versorgt wird. In dieser Situation erfolgt die Stromversorgung nicht über das öffentliche Netz.
Es werden zwei Varianten unterschieden:
Anlagen, die erst in Betrieb gehen, wenn das EVU-Netz ausfällt und eine Netzersatzan-lage (NEA) für die Versorgung sorgt
oder Anlagen, die grundsätzlich einen bestimmten Anteil der benötigten elektrischen Energie erzeugen und deren Abwärme weitgehend genutzt wird, wie z.B. Blockheiz-kraftwerke (BHKW), und die dann die Notversorgung übernehmen.
Allgemeines
Energieerzeugung und -verteilung
Schematische Darstellung der Kraft-Wärme-Kopplung und Energiequellen.
Blockheizkraftwerke (BHKW) kommen lokal zum Einsatz und sind unabhängig von überregionalen Energieversorgungsunternehmen (EVU). Die Methode der Energieerzeugung, die im BHKW verwendet wird, wird als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet. Hierbei erfolgt die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme. Alternativ kann man es so ausdrücken, dass sowohl Wärme als auch Strom bereitgestellt werden, was erfordert, dass die bevorzugte Energieform des BHKW im Konzept festgelegt wird.
Das grundlegende Funktionsprinzip ist nicht besonders komplex. Nach der Festlegung des am besten geeigneten Brennstoffs (oder Brennstoffgemisches) für diesen Prozess wird mithilfe eines Motors oder einer Turbine in einem Generator elektrischer Strom erzeugt. Die entstehende Abwärme aufgrund von Effizienzverlusten wird zweckmäßigerweise für Heizzwecke genutzt. Die heutigen BHKW-Anlagen können in Bezug auf ihre Größe, die von wenigen Kilowatt bis zu mehreren Megawatt reicht, nahezu unbegrenzt variieren.
Letztendlich ist das entscheidende Kriterium für den Einsatz die Wirtschaftlichkeit. Diese wird maßgeblich durch den jährlichen Verbrauch in Verbindung mit dem Tagesverlauf der Verbräuche beeinflusst.
Beispielhafte Berechnungsunterlagen
Die Berechnung eines Blockheizkraftwerks (BHKW) ist eine komplexe Aufgabe, da eine Vielzahl von Faktoren in die Bestimmung der Größe, Konzeption und Wirtschaftlichkeit einfließen. Dies umfasst unter anderem die Vorhersage der zu erwartenden Stromvergütung für Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen). Aktuell erhalten Betreiber solcher KWK-Anlagen gemäß dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz zeitlich begrenzte Zuschläge.
Eine Voraussetzung dafür ist die Genehmigung der Anlage durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Daher dient die dargelegte Berechnung als beispielhafte Darstellung, bei der es nicht um absolute Werte geht, sondern vielmehr darum, welche Daten und Informationen das Facility Management bei der Bearbeitung solcher Projekte berücksichtigen muss.
Drei der wichtigsten vorausgehenden Überlegungen sind:
Was soll geliefert werden? (Strom, Wärme oder beides)
Ist die Abnahme, verteilt über das Jahr gesichert, so dass sich eine hohe Betriebsstun-denzahl ergibt?
Welche Wirtschaftlichkeit ist zu erwarten (Amortisation)?
Stromgenerator für Energieversorgung
Blockheizkraftwerk Anlagen
Modernes Blockheizkraftwerk zur effizienten Energieerzeugung.
Die folgenden Tabellen vermitteln also lediglich einen Eindruck über die zu berechnenden Größen.
Fallbeispiel:
Energieanlageneffizienz Analyse
Energiebilanz am Beispiel eines mittelständischen Unternehmens in Leipzig.
Darstellung von idealtypischem Zahlenwerk beim Einsatz von KWK in der folgenden Ta-belle.
Netzersatzanlagen (NEA)
Netzersatzanlagen dienen dazu, das normale Stromnetz zu substituieren, falls dieses aus jeglichem Grund nicht verfügbar ist. Sie fungieren folglich als Sicherheitsvorrichtungen für Anlagen und Einrichtungen, die kontinuierlich betrieben werden müssen, ohne Ausfälle hinnehmen zu können.
die stets betriebsbereit sein müssen, wie z.B.
Kälteanlagen für EDV/Lebensmittellagerung/zu kühlende Güter
Wichtige Aufzugsanlagen
bei Produktionsprozessen besonders vorrangig berechtigte Maschinen.
Bei Unklarheiten sollte in Zusammenarbeit mit dem Bauherrn oder dem Nutzer sowie den relevanten Behörden der genaue Umfang der Notstromverbraucher und die Verwendung von Notstrom geklärt werden. Netzersatzanlagen werden auch unter den Bezeichnungen Notstromdiesel oder Notstromaggregat bekannt. Sie bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einem Verbrennungsmotor, dem ein Generator nachgeschaltet ist. Beide Elemente sind als eine integrierte Einheit auf einem Grundrahmen vorgefertigt. Es ist allgemein anerkannt, dass solche Anlagen eine hohe Geräuschentwicklung und erhebliche Verlustwärme aufweisen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, sie in einem eigens dafür zugewiesenen Betriebsraum unterzubringen.
Für die Lage und Größe solcher Räume sind die folgenden Kriterien entscheidend:
Zufuhr von Verbrennungs- und Kühlluft
Wärmeabfuhr Abfuhr von Strahlungswärme des Motors und Generators durch Luft. Abfuhr der Kühlluft oder Abwärme mit Wasser (wassergekühlte Motoren)
Abgasabführung über Dach
Zuordnung zu den korrespondierenden Niederspannungsschaltanlagen
gesicherte Kabelwege usw.
Zum gefahrlosen Bedienen müssen um das Aggregat herum mindestens 1,5 m freier Platz sein. Außerdem muss der Raum weitere Einbauten wie zum Beispiel Kraftstoffbehälter, Schaltanlagen, die Starterbatterie, die Zu- und Abgasanlage mit dem Schalldämpfer usw. aufnehmen können. Auch hierfür ist der erforderliche Bedienplatz vorzusehen.
Bei der Planung ist es wichtig zu entscheiden, ob die Aufstellung des Aggregats eine starre oder elastische sein soll, weil das die Ausführung des Fundamentes und mithin die Verle-gung der Kabel bedingt. Notstromdiesel erzeugen Schwingungen, die sich ganz allgemein aber insbesondere auf das Gebäude ungünstig auswirken können. Aus diesem Grunde ist der Lagerung besonderes Augenmerk zu schenken. Es geht bei der Gestaltung der Lagerung oftmals um eine mechanische Entkopplung zwischen Maschine und Gebäude durch beson-dere Fundamentausbildung. Hierdurch werden Schwingungsübertragung und die Übertra-gung von Körperschall gleichermaßen unterbrochen. Bei der Aufstellung in Dachzentralen spielt eine zusätzliche Rolle auch noch die Tragfähigkeit (Statik).
Bei größeren Anlagen bedarf es eines weiteren Raumes, der die Schaltanlage aufnimmt. Bei kleinen Anlagen können Aggregat und Schaltanlagen in einem Raum untergebracht werden.
Eine sogenannte elastische Lagerung wird bei Anlagen bis zu einer Leistung von 250 kVA angewendet, die man durch Hartgummi- oder Federlager erreicht. Anlagen größerer Leis-tung benötigen zwingend ein gesondertes Fundament. Wird die Anlage noch größer, so stellt man mehrere Motoren parallel auf.
Die klassischen Energieträger zum Betrieb von Netzersatzanlagen sind Dieselöl aber auch Gas. Bei Dieselbetrieb bedarf es der Tanks für den Kraftstoffvorrat. Die Tankgröße des Vor-ratsbehälters wird im Wesentlichen von der maximalen ununterbrochenen Laufzeit der Anla-ge bestimmt und liegt letztlich im Ermessen des Betreibers. Ein mehrfacher Tagesbedarf ist durchaus denkbar.
Es liegt auf der Hand, dass eine gasbetriebene Anlage hier Vorteile hat. Wiederum dürfen hierbei allerdings Strom- und Gasausfall nicht zugleich eintreten! Aber wer weiß das schon im Voraus?
Die Flüssig-Kraftstoffbevorratung erfolgt durch einen Tagesbehälter und einen zusätzlichen wesentlich größeren) Vorratstank. Der Tagesbehälter soll eine Betriebszeit von 8 -10 Stun-den ermöglichen. Diese Tagesbehälterfüllung berechnet man nach der Faustformel:
3 x Motorleistung [kW] = Tankinhalt [Liter].
Auch an die Kühlung der Motoren werden einige Ansprüche gestellt.
Zwei Verfahren haben sich bislang durchgesetzt:
Motorkühlung über eine indirekte Wasserkühlung. Als Faustformel kann angesetzt wer-den, dass der Rohwasserbedarf pro Kilowattstunde zwischen 35-50 l liegt.
eine direkt an das Wassernetz angeschlossene Kühlung, verbunden mit einer Rückküh-lung und mit Einbau eines Kühlwasser-Zwischenbehälters.
Es ist auch eine Option, luftgekühlte Motoren einzusetzen. Jedoch bedingt die niedrigere spezifische Wärme von Gas im Vergleich zu Wasser eine deutlich größere Menge an Luft. Dies erfordert die Bereitstellung von vergleichsweise umfangreichen Luftschächten und -kanälen. Zusätzlich dazu besteht die Anforderung, die Abluft stets über das Dach abzuleiten, was nicht immer unkompliziert realisierbar ist.
Für die Ermittlung der abzuführenden Luftmengen spielen
die Größe der Strahlungswärme,
die Generatorverluste
und die erforderliche Verbrennungsluft bei verschiedenen zulässigen Lufttemperaturdif-ferenzen
Generatoranlage
Industrieller Generator für Energieerzeugung und Notstromversorgung.
Des Weiteren ist die Berücksichtigung der Geräuschreduzierung bei den Abgasen erforderlich. Hierfür kommen Lösungen wie Kammer-Schalldämpfer oder Absorptions-Schalldämpfer in Frage. Wenn die Möglichkeit einer störenden Lärmbelastung der Umgebung weitgehend ausgeschlossen werden kann, empfiehlt sich die Verwendung von Absorptions-Schalldämpfern. Diese zeichnen sich durch einen niedrigen Strömungswiderstand bei nahezu vollständiger Schalldämpfung aus. Ähnlich verhält es sich auch mit der Außenluftansaugung und der Abluftausblasung.
Die beigefügte Abbildung illustriert ein idealtypisches Beispiel einer Netzersatzanlage mit einem luftgekühlten Motor. Die peripheren Anlagen wie Schalldämpfer sind in der Abbildung nicht dargestellt.
Kühlbedarf für Generatoren
Diagramm zeigt den Kühlbedarf basierend auf Generatorleistung.
eine wichtige Rolle. Bezüglich des notwendigen Platzbedarfs sind auch die entsprechenden Isolierdicken zu berücksichtigen.
Die Kühlluftmengen für Motoren sind raumtemperaturabhängig und betragen etwa:
95 m3/h kW bei 30 °C Raumtemperatur
115 m3/h kW bei 37 °C Raumtemperatur
140 m3/h kW bei 45 °C Raumtemperatur.
Die obenstehende Abbildung zeigt beispielhaft diesen Zusammenhang. Eckdaten für die Auslegung sind:
die Motorentemperaturen liegen zwischen 85 und 95 °C,
und es besteht die Forderung, dass in Betriebsräumen von Netzersatzanlagen 40 °C - auch wegen des hier zeitweise arbeitenden Personals - nicht überschritten werden sollen.
Wartung von Notstromanlagen
Im Allgemeinen, einschließlich Notstromanlagen, bietet die VDMA-Richtlinie 24186 eine Checkliste für Wartungsarbeiten an. Die Intervalle sollten gemäß den betrieblichen Gegebenheiten ermittelt, festgelegt und auf ihre korrekte Einhaltung überwacht werden.
Liste enthält ein beispielhaftes Leistungsprogramm für die Wartung:
Antriebsaggregat auf Verschmutzung, Beschädigung, Korrosion und Befestigung prü-fen
Funktionserhaltendes Reinigen
Schaltschrank
Starterbatterie und Ladeeinrichtung
Druckluftanlasser auf Funktion prüfen
Kühlsystem äußerlich auf Beschädigung, Korrosion und Dichtheit prüfen
Kühlsystem auf Frost- und Korrosionsschutz prüfen
Antriebsaggregat und Nebenaggregate nach Herstellervorschrift warten
Öllagerbehälter und Rückhaltesystem (z. B. Wanne) äußerlich auf Verschmutzung, Be-schädigung, Korrosion und Dichtheit prüfen (Sichtprüfung)
Leitungen und Anschlüsse der Brennstoffversorgungsanlage auf Korrosion, Befestigung und Dichtheit prüfen (Sichtprüfung)
Umschalt- und Absperrventile der Brennstoffversorgungsanlage auf Funktion und Dichtheit prüfen
Füllstandanzeigevorrichtung am Lagerbehälter auf Funktion prüfen
Grenzwertgeber auf Funktion prüfen
Leckwarnsystem der Brennstoffversorgungsanlage auf Funktion prüfen
Generator auf Verschmutzung, Beschädigung, Korrosion und Befestigung prüfen
Generator nach Herstellervorschrift warten
Generatoranschlüsse auf festen Sitz prüfen, Generatoranschlüsse im Bedarfsfall nach-ziehen
Generator auf Laufruhe prüfen
Spannung und Frequenz am Generator messen
Sicherheits- und Abschaltkriterien überprüfen (z. B. Ölmangel, Überdrehzahl, Kühlwas-sermangel)
Auf Dichtheit prüfen (Sichtprüfung)
Raumbe- und -entlüftung auf Funktion prüfen
Raumbeleuchtung
Alles aufschreiben, möglichst ins CAFM-System.
Wartungsplan für Anlagen
Tabelle mit geplanten Wartungsintervallen und Arbeitsaufträgen.
Für die Funktionsprüfung von Erdung und Blitzschutz können gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein. Um die Einsatzbereitschaft des Antriebsmotors und der Starteinrichtung sicherzustellen, empfiehlt es sich, eine Funktionsprüfung gemäß den Richtlinien VDE 0107 und 0108 durchzuführen oder dies separat zu vereinbaren, wenn die Wartung an einen externen Dienstleister übergeben wird.
Im Anhang 22 "Produkt Wartung Notstrom.xls" steht eine Tabelle zur Berechnung der Wartungskosten für eine Notstromanlage zur Verfügung. Das zuvor genannte Wartungsprogramm kann in dieser Tabelle entsprechend den objektspezifischen Anforderungen angepasst und erweitert werden, da sie entsprechend strukturiert ist.
Die Tabelle enthält ein Blatt zur Erfassung des Wartungsprogramms sowie der dazugehörigen geschätzten Zeitangaben zur Ermittlung der Wartungskosten. In einem separaten Teil der Tabelle können auch die Kosten für die An- und Abfahrt des Serviceteams zusätzlich berücksichtigt werden. In dieser Hinsicht dient das Berechnungstool auch als Entscheidungshilfe für die Wahl zwischen Eigenfertigung oder Fremdbeauftragung.