EnEff 5. Semester UI13 1.5

ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity)

--> Diskriminierungsfreier Netzzugang ermöglichen

--> Vollständige übername aller EU-Rechte vorausgesetzt

--> Konkret Massenzuwanderungsinitiaitve verhindert Mitspracherecht (diskriminierungsfreier Netzzugang?)

Produktion und Verbrauch müssen übereinstimmen

Die Netzstabilität wird über die Frequenz geregelt

Leistung und Drehzahl (Frequenz) stehen bei rotierenden Maschinen in einem direkten Zusammenhang: P = F x ω

--> Konkret: Frequenzabfall hat bei direkt mit dem Netz gekoppelten Synchrongeneratoren eine Drehzahlreduktion zur Folge. Die dabei freigegebene kinetische Energie der Rotationsmasse kann das netz stabilisieren.

--> Sekundäre Regelleistung durch: Pumpspeicherwerke, Akkus, andere Langzeitspeicher

Die Verluste minimieren sich, allerding nur falls der produzierte Strom direkt im eingespiesenen Verteilnetz genutzt werden kann. Durch Transformation in höhere Verteilnetze und wieder zurück entstehen grössere Verluste.

Positiv:

• Netzverluste sinken
• Hoschspannungsnetze werden entlastet

Negativ:

• Netzentgelt auf dem Eigenverbrauch fehlt. Die Kosten sinken aber nicht --> Abwälzung auf weniger Bezüger
• Netzausbau (Anpassung) und Speicher werden notwendig
• Überkapazität auf dem Strommarkt (Wetterbedingt)

Einsatzreihenfolge der Kraftwerke bestimmt durch die Grenzkosten der Stromerzeugung.

--> Beginnen mit den niedrigsten Grenzkosten werden solange Kraftwerke mit höheren Grenzkosten zugeschaltet bis die Nachfrage gedeckt ist.

• Peak Shaving
  • Verzögerung Netzausbau
  • Reduktion der Sicherheitsmarge im Netzbau
  • Reduktion Leistungspreis
• Spannunghaltung
  • Netzintegration dezentraler Erzeuger im Verteilnetz
  • Verbessern der Spannungsqualität bei kritischen industriellen Prozessen
• Frequenzregulierung
• Inselfähigkeit
  • Microgrids
  • USV für kritischen Verbraucher

+Hoher Wirkungsgrad
           +Nur mit Wasserstoff und Sauerstoff
           +Eingeschränkt mit Erd- oder Biogas und Luft
+Keine Abgasemissionen (klassisch. Wasser)
+Wirkungsgrad kaum lastabhängig
+Leise (lautlos)
+wenig Wartung --> solid State
-Preis
-Lebensdauer
-Reinheit der Brennstoffe
-Leistungsgewicht / Platzbedarf

Brennstoffzellen wandeln Krafstoff direkt in elektrische Energie um. Daher:

Wirkungsgrad Brenstoffzelle +23%

Emissionen Brenstoffzelle NOx, CO - 90%

Preis: + 400%

Konkrete Vorschläge fehlen in der Energiestrategie 2050. Es ist von Wärmekraftkoppelung die Rede (Gaskombikraftwerke)

Solche Kraftwerke müssten aber mit Biomasse betrieben werden. ca. 15% der Energie müssten so bereitgestellt werden können.

• Eine auf Wärmekraft basierte Technik ist immer dem Carnot-Wirkungsgrad unterstellt. Dieser ist max. 50 %, Gasmotoren heute erreichen mech. Wirkungsgrad von 42 %

• Brennstoffzelle unterliegt nicht dem Carnot Wirkungsgrad. Je heisser es wird, desto schlechter ist der Wirkungsgrad bei BSZ. Bei niedrigen Temperaturen ist der Wirkungsgrad sehr hoch, was der Vorteil einer BSZ ist.
• Der maximale Wirkungsgrad einer H₂/O₂ BSZ liegt bei 84 %.

·         Funktionsweise PEM (Membran Brennstoffzelle)

H₂ trifft auf die Anode und wird in Atomaren Wasserstoff zerlegt. Ihre Elektronen wandern über den elektrischen Verbraucher zur Kathode, während die Atomkerne nun durch die Membran passen. Sobald Elektronen, Wasserstoff und Sauerstoff an der Kathode zusammentreffen, reagieren (verbrennen) sie zu H₂O

Vorteile

• Hohe Wirkungsgrade bei tiefer Temperatur
• Fester Elektrolyt
• Zelle hat eine hohe Stromdichte

Nachteil

• Empfindlich gegen Verschmutzung (Schwefel, CO₂ etc.)

Input sind Methan und Wasser an der Anode und Sauerstoff an der Kathode
Durch zusätzlichen Wasserinput wird chemisch gekühlt

Vorteile:

• Interne Reformierung (Zusätzlicher Energiegewinn durch zersetzen von Wasserstoff was zu kleinerer benötigten Kühlung führt.)
• Wirkungsgrade zwischen 43 % und 48 % (PEM noch höher)
• Einfache Baustoffe
• Hohe Temp. für Wärmeauskopplung

Nacheile:

• Läuft kalt nicht, hat lange Anlaufzeiten
• Verteilung des Wasserstoff am Elektrolyt ist schwierig
• Wasserstoff Überschuss ist sehr wichtig

Normung ist ein nichtstaatlicher, demokratisch legitimierter Selbstregulierungsprozess

• Abbau der technischen Handelshemmnisse (Harmonisierung der Märkte)
• Anpassung von Gesetzen, Verordnungen und Vorschriften (an die technische Entwicklung)
• dienen u.a. der Gesundheit, Sicherheit, Umweltschutz & Konsumentenansprüchen nach preiswerten Leistungen & Qualität.
• erleichtern den Handel (rationelle und günstige Produktion)
• sind freiwillige, (Experten erarbeiten Regeln) Ausnahme: Behörde erklärt Norm als verbindlich
• flankieren Lehrbücher, nicht ersetzend
• sind nicht kreativ, sondern bewahrend
• sind Eckwerte von Gemachten Erfahrungen
• geben Regeln über die Anwendung von Wissen
• ermöglichen, dass wir nachhaltige Produkte von bester Qualität zu einem günstigeren Preis erwerben können

• sind Erzeugnisse der Privatwirtschaft
• Wer abweicht kann vor Gericht verlieren. Gilt als Referenz für Stand der Technik
• werden periodisch (Normal: alle 5 Jahre) überprüft (Normen sind ein dynamischer Prozess)
• sind Grundlagen von Zertifikaten, Test und Gütesiegel

Schnittstelle und verantwortlich gegenüber CEN und ISO
•Sicherstellen der Normungsarbeit im eigenen Land
•Unterhalten eines einheitlichen nationalen Normenwerkes
•Aufbau der nationalen Spiegelgremien (NK) zu europäischen und internationalen Technischen Komitees (TC)
•Interessenwahrung der nationalen Interessenten
•Information, Motivation und Delegation nationaler Experten
•Durchführen der öffentlichen Umfrage zu Normentwürfen
•Implementierung der europäischen und bei Bedarf internationalen Normen ins nationale Normenwerk
•Sicherstellen der Aktualität der Normen (Systematische Überprüfung)
•Beteiligung aller interessierten Kreise
•Meinungsbildung in den offiziellen Landessprachen
•Berücksichtigung nationaler Vorschriften
•Bereitstellung der IT-Infrastruktur
•Führung von Sekretariaten

Wärme-Kraft-Kopplung WKK = kombinierte Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme.

Energiestrategie 2050 --> Ausstieg Kernenergie --> 40 % inländische Stromproduktion weg
 --> Bandenenergie ersetzten --> variable, saisonale, dezentrale Anlagen --> WWK Anlagen, zuerst fossil dann mit erneuerbaren Brennstoffen --> weil WKK einfach regulierbar

Der elektrische Wirkungsgrad von Stromproduktionsanalgen (thermisch, AKW, Kohle) liegt bei 35 %.
65 % der Primärenergie geht als Abwärme verloren.
Durch Nutzung der Abwärme kann bis 90 % der Primärenergie genutzt werden

Wärme muss immer abgenommen werden um hohe Wirkungsgrade zu erzielen.
Problem       - bei saisonalen Schwankungen, einzig Trinkwassererwärmung konstant.
                      - Keine zu lange Transportwege um Wirkungsgrad hoch zu halten.
                      - Grosse WKK: Erstellung Fernwärmenetz kostspielig & Investition in schrumpfenden Markt

--> Lösung: Kleine WKK im Kilowattbereich (= Heizungen mit etwas Stromproduktion). 

Wegen gesetzlicher Rahmenbedingungen zur CO₂-Abgabe auf fossile Brennstoffe & der Pflicht zur Wärmenutzung.
Nutzung mit EE ermöglicht KEV, was ein wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht

Kontinuierlicher, hoher Wärmebedarf vorhanden
--> Betrieb mit hohen Vollaststunden ist möglich, was den Betrieb wirtschaftlicher macht

Nicht pauschal zu beantworten. Abklärung durch Spezialisten, Rahmenbedingungen entscheidend.

• -          Technisch ausgereift
• -          Wirkungsgrade sehr gut
• -          Temperatur ausgekoppelter Wärme eignet sich für Beheizung Gebäudekomplexen
• -          Da Leistung klein, kann auf grössere/teurere Fernheiznetze verzichtet werden
• -          Gute Teillastwirkungsgrade à an variablen Heizwärmebedarf anpassbar
• -          BHKW als Grundlast Deckung. Kombi mit anderen Heizanlagen für hohe Laufzeiten erhalten und Spitzenlasten decken
• -          Mit Wärmespeicher Laufzeiten optimierbar
• -          Weiterentw. Motorentechnik steigert Wirkungsgrade, Verfügbarkeit, Lebensdauer
• -          Vollautomatischer Betrieb Standard
• -          Anschlussfertige Lieferung

1. BHKW mit Verbrennungsmotor
   • + Ausgereift
   • + Antriebsenergie z.B Biogas
   • +/- Ölkessel weg, dafür Wärmespeicher für ARbeit in effizientem Bereich nötig
   • - Hohe Warungskosten
   • - Hohe Vollaststundenzahl nötig für wirtschaftlichen Betrieb
2. BHKW mit Gastrubine
   • + gerinere Wartungskosten
   • + Kompakter als BHKW mit Verbrennungsmotor
   • + Abwärme mit höherer Temperatur
   • - höhere Investitionskosten
   • - niedrigerer elektrische Wirkungsgrad als BHKW mit Verbrennungsmotor
3. BHKW mit Stirling-Motor
   • - nicht etabliert
   • - hohe Anforderungen an Dichtheit (Helium)
   • - hohe Investitionskosten
   • + hohe Wrikungsgrade auch bei kleinen Leistungen
   • + Betrieb mit verschiedenen Brennstoffen möglich
4. BHKW mit Brennstoffzelle
   • + nicht Carno Wirkungsgrad unterworfen
   • + hohe Wirkungsgrade möglich
   • + Wirkungsgrad bei Teillast fällt kaum ab
   • +/- Produziert Gleichstrom --> WR nötig
   • - teuer
   • - kurze Lebensdauer
   • - hohe Ansprüche an Brennstoff

Auslegung bestimmt sich nach Höhe und Struktur des maximalen Wärmebedarfs und NICHT nach Strombedarf

--> BHKW darf nur laufen wenn Wärme benötigt = wärmegeführte Betreibung

--> Thermische Leistung auf 10-40 % des maximalen Wärmebedarfs auslegen.

--> BHKW als „Grundheizung“. für mehr Heizbedarf kleiner Heizkessel (Bivalentes System)

Jahresdauerlinie = Anschauliche Darstellung des Wärmebedarfs eines Gebäudes über ein Jahr

• Ergibt sich wenn stündlicher Wärmebedarf (Heizung &Warmwasser) über Jahr nach Grösse sortiert.
• Links grösster Verbrauch (kälteste Tage), rechts kleinster Verbrauch (Grundlast).
• Fläche unter Kurve= Jahreswärmeverbrauch
• X-Achse: Jahresstunden, Y-Achse: Wärmeleistung (kW)
• Jahresdauerlinie für Bürogebäude zeigt markant kleinerer Jahreswärmebedarf als Häuser. Keine Grundlast (kein Duschen, Heizungsabsenkung). Wärmebedarfsspitze höher weil öfters voll aufheizen. Max Th. Leistung BHKW auf 10 % des Maximalbedarfs. Volllaststunden < 4000