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Dokument_47

1. Typ 13 Herbst Werktag tr b Typ 14 Herbst Werktag heiter 0 08 0 08 12 16 Typ 15 Herbst Sonn Feiertag tr b Typ 16 Herbst Sonn Feiertag heiter 0 08 0 08 Warmwasser Wochenende Werktage 0 157 0 157 0 10 0 10 0 054 0 05 0 00 0 00 1234567 89 101112131415161718192021222324 K lte Wochenende Werktage 0 06 0 05 0 04 123456 7 89 101112131415161718192021222324 0 08 0 06 0 04 0 02 0 00 123456 789 1011121314 151617 18 192021222324 Strom Tagesgang April Mai Juni 0 06 0 05 0 04 T 0 00 123456 789 1011121314 151617 18 192021222324 Tagesgang Juli Aug Sep 0 06 0 05 0 04 0 03 0 02 0 01 0 00 123456 789 101112131415161718192021222324 Tagesgang Okt Nov Dez 0 06 123456 789 1011121314 151617 18 192021222324 Tagesgang Jan Feb M rz 123456 8 9 1011121314151617 18 192021 222324
2. Ea TAA raIJF 2 2 gan oPVT gt 2 Bedeutung Absorptionsfaktor W rmedurchgangskoeffizient einfach W rmedurchgangskoeffizient quadratisch Absorptionskoeffizient f r kurzwellige Strahlung Fl che Aperturfl che spezifische W rmekapazit t Durchmesser Korrekturfaktor f r Zeitgleichung Solareinstrahlung Solarkonstante Extraterrestische Solareinstrahlung Sonnenh he H he W rmedurchgangskoeffizient Korrekturfaktor Bew lkungsindex L nge Massenstrom Kollektorneigungswinkel Elektrische Leistung Thermische Energie Thermische Leistung Reflexionsfaktor Bodenrauhigkeit W rmedurchgangswiderstand Dicke einer Bauteilschicht Zeit Temperatur Volumenstrom Windgeschwindigkeit Griechische Symbole Symbol 04 Qa Qi as Bedeutung Azimutwinkel u erer W rme bergangskoeffizient innerer W rme bergangskoeffizient u erer W rme bergangskoeffizient f r Strahlung u erer W rme bergangskoeffizient f r Konvektion Deklinationswinkel Intervall Differenz Emissionskoeffizient Leistungszahl einer Kompressionsk ltemaschine Wirkungsgrad Konversionsfaktor Verteilungswirkungsgrad Sammelwirkungsgrad f r die Nutzw rme bei einem BHKW W rmeleitf higkeit Heizzahl bzw Leistungszahl Dichte Geographische Breite viii Einheiten W m K W m K2 W m K m m J kgK m min W m W m W m Grad m Wim K Einheiten Grad W m K W m K W m K W m K Grad Yz A
3. 130 104 Hatfield J L Giorgis R B Flocchini R G A simple solar radiation model for computing direct and diffuse spectral fluxes Solar Energy Vol 27 No 4 Pergamon Press Printed in Great Britain 1981 105 Applications handbook Chap 58 Solar energy utilization for heating and cooling ASHREA New York 1978 106 NOAA SOLMET Vol 2 Final Report National Climatic Center National oceanic and atmospheric administration Asheville North Carolina 1970 107 Gueymard Chr Critical analysis and performance assessment of clear sky solar irradiance models using theoretical and measured data Solar Energy Vol 51 No 2 Printed in the U S A 1993 108 Davies J A McKay D C Luciani G Abdel Wahab M Validation of models for estimating solar radiation on horizontal surfaces IEA Solar Research and Development Vol 1 Final report Canada 1988 109 Bl mel K Hollan E K hler M Peter R Entwicklung von Testreferenzjahren TRY f r Klimaregionen der Bundesrepublik Deutschland BMFT FB T86 051 Karlsruhe 1986 110 Remund J Salvisberg E Kunz S METOTEST METEONORM Meteorologische Grundlagen f r die Sonnenenergienutzung Handbuch f r Solarplaner Im Auftrag des Bundesamtes f r Energiewirtschaft Bern 1995 111 Bolle H J Fernerkundung und die Erforschung globaler nderungen auf der Erde Institut f r Meteorologie der Freien Universit t Berlin 1990 112 Igbal M
4. 21 F r die Anwendungsbeispiele siehe Totalerhebung in Gelsenkirchen 53 Schlie en von Datenl cken S en 54n und Stichprobenbefragung Saarlouis 54j 3 3 Typenmethoden Der Grundgedanke der Typenmethoden ist es den gesamten Untersuchungsraum in viele Zellen z B Geb ude Baubl cke Siedlungen aufzuteilen Dann werden einige typische Zellen herausgearbeitet und genauer untersucht Die brigen Einheiten werden daraufhin diesen Typen zugeordnet 3 3 1 Siedlungstypenmethode Die Siedlungstypenmethode ist ein Verfahren zur blockgruppenscharfen Absch tzung des W rmebedarfs Das Ablaufschema der Siedlungstypenmethode ist e Aufteilung des Untersuchungsraumes in Zellen hnlicher Baustruktur e Bildung von 10 20 repr sentativen Siedlungstypen e empirische Untersuchung und Berechnung des W rmebedarfs jedes Siedlungstypes ergibt spezifischen W rmebedarf pro m Wohnfl che e Zuordnung der Zellen zu je einem Typ e Ergebnis W rmebedarf auf Siedlungsebene Zun chst wird der gesamte Untersuchungsraum in kleine Gebiete die sogenannten Siedlungszellen untergliedert Dies geschieht anhand von Kartenmaterial wie der Deutschen Grundkarte ber Grobbegehungen oder befahrungen sowie durch Luftbilder Die Durchschnittsgr e der Siedlungszellen betr gt meist etwa 0 15 km wobei die Zellen in Ballungsgebieten wesentlich kleiner und in l ndlichen Regionen gr er ausfallen Ihre Anzahl variiert je nach Gr e des Unt
5. Km Xu und Y e Xu b m Diese Methode auf der Grundlage der Jahresdauerlinien kann f r alle Anlagen die nach dem Leistungsbedarf ausgelegt werden wie BHKW Kessel AKM KKM angewendet werden Eine optimierte Auslegung der Anlagen d h Festlegung von Leistung und Anzahl der Module erfordert Variationsrechnungen unter Ber cksichtigung der betriebswirtschaftlichen Eckwerte 79 Es lassen sich drei unterschiedliche Versorgungsf lle zur Deckung des W rme und Strombedarfs unterscheiden 1 Thermische Vollversorgung Elektrische Teilversorgung mit Strombezug aus dem Netz 2 Thermische Teilversorgung Zuheizen mit Spitzenkessel Elektrische Teilversorgung mit Strombezug aus dem Netz 3 Thermische Teilversorgung Zuheizen mit Spitzenkessel Elektrische Vollversorgung Aufgrund der gekoppelten Erzeugung von Strom und W rme muss die Auswahl die Auslegung und der Einsatz der Komponenten einer BHKW Anlage nach zwei Kriterien erfolgen Einerseits ist eine m glichst gute Anpassung an W rme und Strombedarf der angeschlossenen Verbraucher erforderlich Andererseits stellt sich die Forderung nach hinreichender Versorgungssicherheit Eine jederzeit gesicherte Deckung des Strombedarfs kann durch den Parallelbetrieb mit dem Netz der ffentlichen Elektrizit tsversorgung gew hrleistet werden Diesem f llt dann zudem auch die Aufgabe der Spannungs und Frequenzhaltung und gegebenenfalls der Blindstromlieferung zu Ein vergleichba
6. M z vL 3At Topza t 4 74 Sp 2 Qwr Qkw Qu Q Tsp3neu u m U 3At Tgpza t 4 75 Msp 0 Die von der Nachheizung geforderte Leistung ergibt sich aus 4 76 bzw 4 77 AQ sp sol N 4 76 Qij Qy Q Q T i M Qu Qvi r lc Ts To azi Tad Ten At 4 77 Die Nachheizung springt nur an wenn die Temperatur Tsp im oberen Segment unter den Sollwert f llt Dabei wird eine Einschaltdifferenz zur eingestellten Trinkwarmwassertemperatur ber cksichtigt Die Dimensionierung der Speicher und die Berechnung der minimalen Speichergr e wird in Kapitel 6 4 beschrieben Regelung der Solaranlage Zu Beginn der Rechnungen also f r die erste Jahresstunde des fiktiven Simulationsjahres werden folgende Gr en als Startwerte ben tigt Kollektoreintrittstemperatur Speichertemperatur obere Speicherzone und Speichertemperatur untere Speicherzone F r die weiteren Jahresstunden werden die Temperaturen errechnet Des weiteren m ssen folgende Gr en als Regelparameter eingegeben werden Solltemperatur Warmwasser Solltemperatur im oberen Speicherdrittel Kaltwassertemperatur im Winter und Kaltwassertemperatur im Sommer Bei der Regelung der Anlage wird von einem konstanten Massenstrom im Kollektorkreis ausgegangen den der Nutzer vorzugeben hat Die Anlage besitzt Temperaturf hler am Kollektoraustritt und im unteren Segment des W rmespeichers Des weiteren ist ein 60 Strahlungsmessger t an der Kollektorf
7. 45 Jahresheizw rme Bedarf und Verbrauch KEBAB gGmbH Berlin 1994 46 Bouillon H Lastanalyse nicht nur f r Prognosezwecke Elektrizit tswirtschaft 82 Heft 11 1983 47 Geiger B Tages und Saisonganganalyse des Energiebedarfs in Sch fer H Leistungs und Lastbedarfssteuerung Springer Verlag 1989 48 Albers K Stelzner P Ein Verfahren zur Prognose von Lastganglinien f r unterschiedliche Einsatzbereiche Elektrizit tswirtschaft 92 Heft 6 1993 49 VDI Richtlinie 2067 Blatt 7 1998 Berechnung der Kosten von W rmeversorgungsanlagen Blockheizkraftwerke VDI Gesellschaft Technische Geb udeausr stung Ausschuss Blockheizkraftwerke D sseldorf 1998 50 Friemelt N et al Kurzfristige und sehr kurzfristige Lastprognose f r elektrische Energieversorgungssysteme Elektrizit tswirtschaft 81 Heft 24 1982 51 Baumgartner T W Calc kalkuliert W rme richtig IMPULS Bundesamt f r Konjunkturfragen Bern April Mai Juni 1995 52 VDI Richtlinie 2067 Blatt 1 bis 7 1983 Berechnung der Kosten von W rmeversorgungsanlagen Betriebstechnische und wirtschaftliche Grundlagen VDI Gesellschaft Technische Geb udeausr stung Ausschuss Blockheizkraftwerke D sseldorf 1983 53 Bundesministerium f r Raumordnung Bauwesen und St dtebau Hrsg Analyse von Informations und Methodengrundlagen f r rtliche Energieversorgungskonzepte Verlag H Fuck Bonn 1982 54 Bundesforschungsanstalt
8. Strom KWK Strom gesamt Leistungsbedarf in kW 471 941 v N lt Stunden im Jahr 1411 1881 2351 2821 3291 3761 4701 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 Abbildung 7 25 W rme und Stromerzeugung durch BHKW Der im Vergleich zum Basisszenario fast doppelt so hohe W rmebedarf in Szenario 3 wird zu 67 1 von der Solaranlage gedeckt Abbildung 7 27 Die Solaranlage liefert eine ausreichende Menge W rme um die AKM anzutreiben und au erdem einen Teil des W rmebedarfs f r Heizung und Warmwasserbereitung bereitzustellen 119 2500 E Strom f r K lte 2000 E Strombedarf DO W rme f r K lte EB W rmebedarf 1500 Z z 1000 500 0 4 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 26 W rme und Strombedarf f r Klimaregion V Kerman Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario 3 2500 E W rme KWK E W rme Solarkollektor m W rme Kessel 2000 E Strom KWK E Strombezug 1500 v z z 1000 500 0 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 27 Energiebereitstellung f r Klimaregion V Kerman Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario 3 120 Kostenbilanz aus der Sicht des Endverbrauchers Von den betrachteten Alternativszenarien erreich
9. k k Qi 27 Qa 4 1 mit i innerer Gesamtw rme bergangskoeffizient a u erer Gesamtw rme bergangs koeffizient s Dicke einer Bauteilschicht und W rmeleitf higkeit dieser Bauteilschicht Die Gleichung 4 6 ist die Grundlage f r die Berechnung des Normtransmissionsw rmebedarfs nach DIN 4701 64 Das W rmeleitproblem im Bauteil und der W rme bergang an der Rauminnenoberfl che werden im Modell entsprechend der DIN 4701 behandelt Der W rme bergang an der Au enoberfl che des Bauteils wird wegen seines gro en Einflusses auf den Transmissionsw rmeverlust in differenzierter Weise beschrieben Die wichtigste meteorologische Einflussgr e ist die Au enlufttemperatur F r den Transmissionsw rmeverlust ist aber als u ere Randbedingung nicht nur der konvektive W rmeaustausch mit der Au enluft wirksam sondern ebenfalls der Strahlungsaustausch mit der Umgebung so dass gilt Q 0 A Ta Tu 4 8 mit Toa als Oberfl chentemperatur des Bauteils wobei sich der u ere Gesamtw rme bergangskoeffizient cu wie folgt aus ags u erer W rme bergangskoeffizient f r Strahlung und Ok u erer W rme bergangskoeffizient f r Konvektion zusammensetzt 38 Aa 0 0 4 9 Gleichung 4 8 fasst die Vorg nge der W rme bertragung durch Strahlung und Konvektion in einem gemeinsamen W rme bergangskoeffizienten an Au enoberfl chen zusammen Da die Strahlungstemperatur nicht gleich der Au enlufttemperatur ist u
10. An Introduction to solar radiation Academic Press 1983 113 Meli M Kleemann M Regenerative Energiequellen Springer Verlag Berlin Heidelberg 1988 114 Liu B Y H Jordan R C The interrelationship and characteristic distribution of direct diffuse and total solar radiation Sol Energy 4 1960 115 Winje D Witt R Energiewirtschaft Handbuchreihe Energieberatung Energiemanagement Springer Verlag 1991 116 Demmel S Analyse von Systemen zur Versorgung mit Strom W rme und K lte Dissertation Fakult t f r Physik der TU M nchen Hieronymus Buchreproduktions GmbH M nchen 1995 117 Beckmann Die Verteilung der Selbstkosten in Industrie und Heizkraftwerken auf Strom und Heizdampf Brennstoff W rme Kraft 5 Nr 2 S 37 44 1953 118 Piller W Rudolpb M 1991 Kraft W rme Kopplung VWEW Verlag Frankfurt am Main 2 Ausgabe 119 Nitsch R Der exergetische Wirkungsgrad der Heizkraftkopplung Brennstoff W rme Kraft 16 Nr 1 S 5 7 1964 120 Gsspsrovic N Die Wirkungsgrade der Kraft W rme Kopplung Ein Vergleich Brennstoff W rme Kraft 34 Nr 2 S 83 86 1982 121 Behr H D Wirkungsgrad und Heizzahl zur energetischen Bewertung der Kraft W rme Kopplung VGB Kongress Kraftwerke 1985 S 332 337 198S 122 Franke U Die effizienz und leistungsbezogene Prozessanalyse als Ingenieurhilfsmittel BWK 48 1996 Nr 6 S 15 25 123 Belting T H Analyse der Bewertungsmethoden f
11. 27 VDI Richtlinie 3808 Januar 1993 Energiewirtschaftliche Beurteilungskriterien f r Heiztechnische Anlagen Beuth Verlag GmbH Berlin 1993 28 VDI 2067 Blatt 2 Berechnung der Kosten von W rmeversorgungsanlagen Raumheizung Beuth Verlag GmbH Berlin 1993 29 Casties M Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen Nutzerverhalten und Heizenergieverbrauch bedarf von Wohngeb uden VWF Verlag f r Wissenschaft und Forschung GmbH Berlin 1997 30 Julotta K llblad K JULOTTA Dataprogram f r ber kning av v rmebalans i rum och byggnader Universit t Lund Rapport BKL 1986 31 Derob Higgs F S Wand J W and Rennie A S DEROB IUA 1 0 Users Manual National Building Research Institute Pretoria South Africa 1984 32 Dynbil Feist W Dynamische W rmebilanz mit dem Programm DYNBIL Universit t T bingen 1981 33 Feist W Thermische Geb udesimulation Kritische Pr fung unterschiedlicher Modellans tze Dissertation Gh Kassel 1994 Verlag C F M ller GmbH Heidelberg 34 M hl U Geb udethermik im Entwurf simuliert Heizung L ftung Klima Haustechnik 38 Nr 1 S 83 86 1987 35 Nytsch Geusen Christoph Berechnung und Verbesserung der Energieeffizienz von Geb uden und ihren energietechnischen Anlagen in einer objektorientierten Simulationsumgebung Fortschritt Berichte VDI Reihe 6 Energietechnik 472 VDI Verlag D sseldorf 2001 36 a DIN 4701 Teil 1 und 2 Ausgabe 1983 Regeln f r die B
12. 86 814 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 73 248 DM 0 DM 217 889 DM Gesamtkosten des Verbrauchern 105 450 DM 105 450 DM 32 202 DM 250 091 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 73 248 DM 144 641 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 30 23 DM MWh 62 78 DM MWh 62 78 DM MWh 454 07 DM MWh 62 78 DM MWh Tabelle 7 26 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Bandar Abbas Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung und Solarthermie Szenario3 im Vergleich zum Basisszenario Zusammenfassung Bandar Abbas bezeichnet sich durch ein sehr hohen und ber das Jahr verteilten K ltebedarf aus Der Einsatz einer zentralen K lteversorgung ist aufgrund des hohen Stromeinsparpotentials wirtschaftlich Der Warmwasserbedarf zu akzeptablen Kosten zum allergr ten Teil von einer Solaranlage gedeckt werden Weiteres Kosteneinsparpotential besteht im Verzicht auf ein Spitzenkessel allerdings verbunden mit eine Komforteinbu e KWKK und solare K lteerzeugung beide basierend auf Nutzung einer AKM sind zur Zeit nicht wirtschaftlich 117 7 4 5 Klimaregion V Kerman In Kerman weichen W rmebedarf f r Warmwasserbereitung Heizw rmebedarf und K ltebedarf wenig von einander ab Es werden 423 9 MWh 643 5 MWh bzw 483 MWh ben tigt Der Heizw rmebedarf besteht ausschlie lich in den Wintermonaten von November bis M rz der K ltebedarf dagegen ausschlie lich in den
13. Kessel BHKW Kompressionsk ltemaschine solarthermische Anlage Photovoltaik und sonstigen An lagenkomponenten die in den Versorgungsvarianten zur Deckung des Energiebedarfes eingesetzt werden F r alle Anlagen sind in GOMBIS Datenbanken der auf dem Markt verf gbaren Produkte mit den erforderlichen Kennwerten einschlie lich Preisen hinterlegt Mit dem dritten Arbeitsschritt werden Versorgungsszenarien entworfen Dazu werden die in den vorangegangenen Arbeitsschritten definierten Verbraucher und Anlagen als Elemente eines Baukastens benutzt aus denen unterschiedliche Varianten der Energieversorgung zu sammengestellt werden k nnen Die Nachfrage nach Nutzenergie wird im Szenario durch die entsprechenden Verbraucher repr sentiert die Bereitstellung der Nutzenergie durch Energie umwandlungsanlagen und sonstige Anlagen Der vierte Arbeitsschritt besteht in der Simulation und der anschlie enden Wirtschaftlichkeits rechnung GOMBIS simuliert f r jedes Szenario ein fiktives Betriebsjahr wertet die Energie bilanzen aus und ermittelt anhand vorgegebene Indikatoren die Wirtschaftlichkeit jeder Versor gungsvariante 54 F r jede Stunde des Jahres Grunds tzlich laufen in GOMBIS Energiebereitstellungsanlagen nur dann wenn der entsprechende Bedarf besteht Nach Auswertung des er er Nutzenergiebedarfs einer bestimmten Stunde im fiktiven Betriebsjahr es K lte Strom wird als zweiter Schritt die Bereitstellun
14. Transmissionsfaktor Einstrahlwinkel W rme bertragungsfaktor Zenithwinkel Grad Stundenwinkel Grad Tiefgestellte Indizes a diff h dir h e erz F G G g G h ges GW HK i K Kol kon kw L m max ab nat WOZ WT WW zu Austritt Diffuse Solareinstrahlung auf horizontale Fl che Direkte Solareinstrahlung auf horizontale Fl che Eintritt erzwungene Fenster Glas Globalstrahlung auf geneigte Fl che Globalstrahlung auf horizontale Fl che gesamt Grundwasser Heizkessel innen K lte Kollektor Konventionelle lokale Kaltwasser Luft mittlere maximale Abgabe nat rliche Nachheizung Rohr R ckgewinnung Speicher Transmission thermisch Umgebung Verteilung Wasser Wahre Ortzeit W rme bertrager Warmwasser zugef hrt Abk rzungen AKM BHKW Absorptionsk ltemaschine Blockheizkraftwerk Bundesministerium f r Forschung und Technologie Deutsche Industrie Norm Deutsche Industrie Norm Vornorm Energieversorgungsunternehmen GesamtOptimierungsModell auf Basis Integrierter Systemsimulation Kompressionsk ltemaschine Kraft W rme Kopplung Kraft W rme K lte Kopplung Photovoltaik PRAXOGES PRAXisOrientierte Geb udESimulationsprogramm PRAXOSOL PRAXisOrientierte SOLthermie Simulationsprogramm Steinkohleneinheit Test Reference Year Verein Deutscher Ingenieure 1 Einleitung Die gegenw rtige volkswirtschaftliche Situation im Iran ist durch das hohe Bev lkerungs
15. W rmebedarf wird falls das Szenario die entsprechenden Anlagen W rmebereitstellungsanlagen enth lt durch l W rmebereitstellungsanlagen Kessel oder Fernw rmeanschluss gedeckt Kann auf Grund vorgegebener Leistungsdaten und Bilanz Bereitstellung Betriebsweise Teillastuntergrenze der W rmebedarf nicht gedeckt PERE EA eng werden wird dieser verbleibende Betrag als nicht gedeckter 2 W rmebedarf bilanziert und gesondert ausgewiesen Ergebnis der Betriebssimulation ist die Bereitstellungsbilanz aller ee a GN der Energieumwandler gegebenenfalls die Unterdeckung des W rme und en K ltebedarfs sowie der verbleibende Strombezug aus dem Netz 4 4 Grundprinzipien von PRAXOSOL Eine thermische Solaranlage besteht aus den Komponenten Kollektor Rohrleitungen und Pumpen Regelung W rme bertrager und W rmespeicher Die einfallende Strahlung wird im Kollektor in thermische Energie umgewandelt und an das W rmetr germedium bertragen Im Normalfall treten Strahlungsangebot und W rmebedarf nicht zeitgleich auf so dass die W rme in einem Speicher zwischengespeichert wird Der obere Speicherbereich dient als Bereitschaftsteil der bei Bedarf konventionell nachgeheizt wird und so Versorgungssicherheit gew hrleistet 55 Zum Verbraucher Regelung Nachheizung Kaltwasserzufuhr Abbildung 4 13 Schematische Darstellung einer thermischen Solaranlage mit Nachheizung 4 4 1 Modellaufba
16. andererseits nach ihrem inhaltlichen Zuschnitt Als eigenst ndige Methode bietet sich die Befragung an wenn die Datengrundlage sehr unzureichend ist und der berwiegende Teil der ben tigten Informationen neu ermittelt werden muss Diese Ermittlung kann als fl chendeckende Erhebung jedes einzelnen Haushalts oder Geb udes des Untersuchungsraumes erfolgen oder ber Stichproben deren Ergebnisse auf das Gesamtgebiet hochgerechnet werden Ist die vorhandene Datenbasis zwar l ckenhaft aber nicht g nzlich unbrauchbar k nnen die fehlenden Informationen mit einer Befragung geschlossen und damit die Voraussetzungen zur Anwendung einer anderen Methode geschaffen werden Bei der Befragungsmethode werden m glichst pr gnante Parameter mit gr erem Einfluss auf den W rmebedarf abgefragt In der Regel wird in einer Befragung der Energieverbrauch der Vergangenheit abgefragt und dieser dann unter Ber cksichtigung ver nderter Rahmenbedingungen in die Zukunft projiziert Je nachdem welche Angaben abgefragt werden hnelt die Vorgehensweise bei der Auswertung der Befragung und der Ermittlung des W rmebedarfs anderen Methoden Befragungen liefern eine Datengrundlage Weitere Datenquellen werden vielmehr dazu herangezogen die Datenl cken herauszuarbeiten die dann die inhaltliche Auslegung der Befragung bestimmen Vor und Nachteile Befragungen stellen oft die einzige Alternative f r den Fall dar dass keine weiteren Daten vorliegen Sie erm gl
17. ber bergangstag M rz bis Mai September sowie ein Sommertag Juni bis August Problematisch bei der Anwendung der Methode ist dass bei Ber cksichtigung dieser Empfehlung Messungen zur Erfassung der Typtage einen Zeitraum von mindestens drei Monaten umfassen und dennoch nicht gew hrleistet ist dass in dieser Zeit auch die f r die jeweilige Saison typischen Tage erfasst werden k nnen Typtagmethode nach Baumgartner 51 Dieser Methode liegen zwei Tageslastg nge mit der zeitlichen Aufl sung einer Stunde zugrunde der Tageslastgang bei Auslegungstemperatur der W rmeversorgungsanlage und der Tageslastgang an einem Tag an dem kein Raumw rmebedarf besteht Damit ist einerseits der Spitzenw rmebedarf bei Auslegungstemperatur der W rmeversorgungsanlage und andererseits der Grundlastw rmebedarf f r Prozessw rme und Warmwassererzeugung abgebildet Mit Hilfe dieser beiden Tageslastg nge und des typischen Jahresverlaufs der tagesmittleren Au entemperatur wird f r jede Stunde des Jahres der W rmebedarf berechnet In der Heizperiode wird dazu entsprechend der tagesmittleren Au entemperatur zwischen den 19 Werten der beiden grundlegenden Tageslastg nge linear interpoliert Au erhalb der Heizperiode entsprechen alle Tageslastg nge dem Lastgang des Tages an dem kein Raumw rmebedarf besteht Bei der praktischen Anwendung der Methode werden keine objektspezifisch erfassten sondern typische Lastverl ufe vergleichbarer Untersuchungs
18. der Planungs mter entnommen Ein Vergleich der Verfahren 2 4 aus dem Jahre 1994 45 mit Messwerten zeigt dass die Rechenergebnisse anhand der W rmeschutzverordnung im Schnitt um etwa 40 niedriger liegen als die gemessenen Verbrauchswerte Die Berechnung nach der VDI 2067 lieferte hingegen die genauesten Ergebnisse Daher werden in n chsten Abschnitt die unterschiedlichen Typtagemethoden u a nach VDI 2067 zur Lastganggenerierung beschrieben 3 1 4 Methoden zur Lastganggenerierung Bekannte Methoden zur Generierung von Lastg ngen dienen einerseits als Werkzeug der Planung und Optimierung des Betriebs von KWK Anlagen andererseits werden sie von Energieversorgungsunternehmen f r die Lastprognose eingesetzt Die Untersuchung der Wirtschaftlichkeit von KWK Anlagen muss aufgrund der von der Jahres und Tageszeit abh ngigen Strompreise und Einspeiseverg tungen auf der Basis von zeitlich hoch aufgel sten Lastg ngen von W rme und elektrischer Energie f r ein ganzes Jahr erfolgen Der W rmebedarf eines Versorgungsobjektes ist aufgrund der physikalischen Gesetze von meteorologischen Daten wie Au entemperatur Windgeschwindigkeit oder Strahlung abh ngig Daneben haben die Art der Energieanwendung Raumw rme Warmwasserbereitung Prozessw rme sowie das Nutzerverhalten wesentlichen Einfluss auf die Lastgangcharakteristik Da Elektrizit t auch f r die W rmebereitstellung eingesetzt wird beinhaltet die Literatur bersicht 46 47
19. gt a Sea 4 34 Das Temperaturniveau bei der Kondensation des verdichteten K ltemittels liegt meist im Bereich von 35 42 C Die bei der Kondensation entstehende W rme kann eventuell genutzt werden z B zur Kaltwasservorw rmung Der zugeh rige Wirkungsgrad der W rmer ckgewinnung no beschreibt die jeweils ausgekoppelte W rmeleistung ck Ok SR Pu a FE 4 35 Auf Grundlage des aktuellen st ndlichen K ltebedarfs Q wird mit Arm _ vA 4 36 Nv QKM und dann nach 4 30 bzw 4 31 die erforderliche elektrische Leistung P errechnet und zum bereits vorhandenen Strombedarf addiert Wenn W rmer ckgewinnung OXkM m glich ist wird sie unter Ber cksichtigung eines W rmer ckgewinnungswirkungsgrades bestimmt und vom aktuellen Gesamtw rmebedarf abgezogen Absorptionsk ltemaschine AKM Die Energiebilanz einer Absorptionsk ltemaschine ist nach 37 AM i Qut Ph S QAM g Oy 4 37 50 mit OA als K lteleistung Q W rmezufuhr im Austreiber Pr Antriebsleistung der L semittelpumpe QAM m gliche W rmer ckgewinnung und Qy als W rmeverluste Da die Antriebsleistung der Pumpe P pim Vergleich mit der Heizleistung Qu gering ist und die Verluste bei Heizleistungen gt 500 kW vernachl ssigt werden k nnen vereinfacht sich die Energiebilanz wie in Abbildung 4 9 gezeigt ist Absorptionsk lteanlage AKM Abbildung 4 9 Energiebilanz einer Absorptionsk ltemaschine Das quivalent zur Leistungsz
20. m Interne Quellen Personenbelegung 120 Personen mit einer Dauerleistung W 140 und 8 Stunden pro Tag Luftwechselrate h 1 0 8 konstant maximale Innentemperatur C Heiztemperatur C 20 ohne Nachtabsenkung Grunddaten des zugrunde gelegten Versuchshauses Wandaufbau des Geb udes Der Dachboden und die auf der S d und Nordseite gelegenden Fenster haben folgenden Ei genschaften I Fensterfl che Fensteraufbau des Geb udes Schicht Schichtdicke m Dichte kg m W rmeleitf W m K Stahlbeton 0 140 2 300 0 2 100 Istd ammung 0 060 100 0 0 045 Bitumenpappe 0 001 1 100 0 0 170 Aufbau Dachboden des Geb udesAnhang Tagesg nge 2 Anhang Typtage W rme Typ 1 Winter Werktag tr b 0 08 12 16 Typ 3 Winter Sonn Feiertag tr b 0 08 12 Typ 5 Fr hjahr Werktag tr b 0 08 0 064 0 044 0 024 oe 4 8 12 16 20 24 Typ 7 Fr hjahr Sonn Feiertag tr b 0 08 0 064 0 044 0 024 o 4 8 12 16 20 24 Typ 2 Winter Werktag heiter 0 08 0 064 0 024 0 00 2 TA Typ 4 Winter Sonn Feiertag heiter 0 08 0 064 0 024 0 00 Typ 6 Fr hjahr Werktag heiter 0 08 12 16 Typ 8 Fr hjahr Sonn Feiertag heiter 0 08 W rme Typ 9 Sommer Werktag tr b Typ 10 Sommer Werktag heiter 12 16 4 12 16 Typ 11 Sommer Sonn Feiertag tr b Typ 12 Sommer Sonn Feiertag heiter
21. r Strom und Nutzw rmekosten Brennstoff W rme Kraft 36 Nr ll S 457 462 1984 124 Bejan A Tsatsaronis G and Moran M Thermal Design and Optimization John Wiley amp Sons Inc New York 1996 125 Tsatsaronis G Umdruck zur Vorlesung Energietechnik TU Berlin Institut f r Energietechnik 1998 126 Tsatsaronis G Umdruck zur Vorlesung Energietechnik Il Kapitel 11 TU Berlin Institut f r Energietechnik 1998 131 127 Tsatsaronis G Thermo konomische Analyse von Energieumwandlungsprozessen Habilitationsschrift von der Fakult t f r Maschinenwesen der RWTH Aachen 1985 128 P tter R Untersuchung netzunabh ngiger Photovoltaikanlagen mit Speichersystemen VDI Fortschrittberichte Reihe 6 Energietechnik Nr 376 VDI Verlag 1997 129 Kabelac S Zur Thermodynamik der Strahlung Habilitationsschrift Hannover 1992 130 Franke U Prozessbewertung ohne Exergie www fh flensburg de ima franke Juni 1998 131 Wester H J KWK Planung Technik Kosten in Zeitschrift Energie Jahrg 33 Nr 11 November 1981 132 Dehli M Huber E Betriebswirtschaftliche und energiewirtschaftliiche Bewertung von BHW Kleinaggregaten zur dezentralen Kraft W rme Kopplung in Brennstoff W rme Kraft Band 34 Nr 12 1982 133 Molt W W rth W Ebersbach K F Betriebsverhalten und Wirtschaftlichkeit eines Klein Blockheizkraftwerks in einem Industriebetrieb in Brennstoff W rme Kraft
22. ssen f r die kalte Jahreszeit Frostschutzvorkehrungen getroffen werden In der Regel wird dem W rmetransportmedium Wasser ein Frostschutzmittel zugesetzt Daher werden zwischen Nutzerkreis und Solarkreis W rme bertrager geschaltet Gegenstromw rme bertrager erm glichen im Vergleich zu Gleich und Kreuzstromw rme bertrager einen besseren W rme bertrag und finden in der Praxis die h ufigste Anwendung Die W rme bertragung h ngt von Massenstrom mp bertragungsfaktor und Temperaturgradient Tr Tsp ab und sie wird nach folgender Gleichung berechnet Qwr D mR CR TR Tsp 4 58 mit 1 el t TEE Ubertragungsfaktor W rmewirkungsgrad 4 59 te kA K Leistungskennzahl 4 60 M amp C MRCR f CO i E Uns e W rmestromverh ltnis bzw W rmewertverh ltnis 4 61 MC Diese Berechnungen sind in Anlehnung an die VDI 2076 95 und Meli 96 durchgef hrt worden W rmespeicher Die h ufigste Verwendung des W rmespeichers im Bereich der thermischen Solarenergienutzung finden sensible W rmespeicher Als Speichermedium wird in der Regel Wasser verwendet Der W rmespeicher besteht aus Stahl oder Kunststoffen und ist w rmeisoliert Das Speicherverm gen eines solchen Speichers berechnet sich wie folgt Qsp Msp w Ta Te 4 62 Ausgehend von einem ideal durchmischten W rmespeicher ohne Temperaturschichtung ergibt sich folgende Gleichung f r die Leistungsbilanz dTsp i O TT ON
23. wie er sich bei Betrieb einer KWK Anlage durch den Stromverbraucher ergeben w rde gegen bergestellt Dieser Rohgewinn errechnet sich aus den Einnahmen aus dem Stromverkauf an den Verbraucher abz glich der Ausgaben f r die Erzeugung dieses Stromes und abz glich der zu leistenden Verg tung f r die Stromr ckspeisung des KWK Betreibers Die erwartete Einnahmedifferenz f r das EVU ergibt sich aus dem gegenw rtigen Rohgewinn abz glich dem zuk nftigen Rohgewinn bei KWK Betrieb EVU in der aktiven Rolle des Betreibers Ausgangspunkt ist hier die berlegung dass das EVU die gesamte Heiz K ltezentrale f r den Verbrauchern betreibt Das EVU wird dem Verbraucher gegen ber zum Strom und W rmelieferanten gegebenenfalls auch zum K ltelieferanten In diesem Fall wird sich i a an den Stromtarifen f r den Verbrauchern nichts ndern Das EVU wird versuchen ber den Erl s f r die verkaufte W rme und K lte ein betriebswirtschaftlich tragbares Ergebnis zu erreichen W rme und K ltepreis sind die Parameter mit denen das Ergebnis beeinflusst werden kann Sie sind letztendlich die wirtschaftlichen Stellgr en in den Parametervariationen Die EVU Bilanz spielt drei vorgegebene Einnahme Ausgabe Szenarien durch mit denen die Grenzen des Aktionsraums EVU Endkunde abgesteckt werden 74 1 Ertragssituation des EVU bei vorgegebenen W rmepreis Die Einnahmen des EVU aus dem W rmeverkauf und K lteverkauf an den Verbraucher werden
24. 7 11 Jahresdauerlinie Strombedarf und Strombereitstellung durch PV Anlage 103 Abbildung 7 12 W rme und Strombedarf f r Klimaregion Il Tabriz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 104 Abbildung 7 13 Energiebereitstellung f r Klimaregion II Tabriz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 104 Abbildung 7 14 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Shiraz een 108 Abbildung 7 15 Monatliche W rmebereitstellung durch einen Kessel und eine solarthermische a Abbildung 7 16 W rme und Stromerzeugung durch BHKW uu 2snsuensssnnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnn nenn 109 Abbildung 7 17 Monatliche Strombereitstellung durch PV Anlage 2244444422440Hn nennen nennen 110 Abbildung 7 18 W rme und Strombedarf f r Klimaregion Ill Shiraz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 110 Abbildung 7 19 Energiebereitstellung f r Klimaregion III Shiraz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 111 Abbildung 7 20 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Bandar Abbas 114 Abbildung 7 21 W rme und Stro
25. Ady 4 63 Ein realer W rmespeicher wird durch dieses Modell nur sehr ungenau nachgebildet Im Ruhezustand wird sich in der Realit t eine Temperaturschichtung im W rmespeicher einstellen bei der sich Wasser unterschiedlicher Temperatur das seiner jeweiligen Dichte entsprechende MsSpCw 58 Temperaturniveau sucht Somit wird sich im oberen Teil des Speichers das Wasser mit der h chsten Temperatur befinden im unteren Bereich das k lteste Gutierrez et al 97 haben untersucht inwieweit sich die Anzahl der Zonen in einem W rmespeichermodell auf die Genauigkeit der Simulation auswirkt und festgestellt dass das Optimum zwischen Rechenaufwand und Genauigkeit in einem Modell mit drei Temperaturzonen besteht In dieser Arbeit wird daher ein 3 Temperaturzonenmodell verwendet Jedes dieser drei Segmente ist ideal durchmischt und beinhaltet ein Drittel der gesamten Speichermasse Jedes dieser drei Segmente wird einzeln bilanziert wobei davon ausgegangen wird dass die W rmezufuhr durch den W rme bertrager sowie die Kaltwasserzufuhr im unteren Segment erfolgen Die Lastentnahme und die gegebenenfalls bereitgestellte Nachheizung werden im oberen Segment angesetzt Abbildung 4 14 zeigt ein Schema dieses Modells in dem alle W rmefl sse angegeben sind Demnach sehen die Bilanzen f r die drei Segmente wie folgt aus Q r Q NH o vi Segment 1 m to 21 Q v2 Segment 2 f Q 32 Q WT Q v3 gt Segmen
26. All diese Methoden und Definitionen sollen dem Zweck dienen Heiz Kraftwerke mit anderen Techniken der Strom und W rmebereitstellung vergleichen zu k nnen Der Versuch dies mit nur einer wie auch immer definierten Kennzahl zu erreichen muss aber zwangsl ufig scheitern Baehr 121 bemerkte hierzu Auch der exergetische Wirkungsgrad ist nicht zum exergetischen Vergleich zwischen einem HKW und einem reinen Kraftwerk oder zum Vergleich eines HKW mit anderen W rmeerzeugern geeignet Franke hierzu 122 stellte die Entropiemethode vor Bei der Entropiemethode geht die Umgebung als umh llendes System in Abgrenzung zur Exergiemethode nicht unmittelbar in die Prozessberechnung ein Von der Strom und W rmewirtschaft wurde die Exergie oder Entropiemethode nie voll akzeptiert da sie sich nur als Mittel zur internen Energiebewertung eignet und keine konomischen Komponenten erh lt 123 Das Interesse der Energiewirtschaft richtet sich weniger auf eine allgemeing ltige Bewertung von Energieversorgungssystemen sondern vielmehr auf eine betriebswirtschaftlich vertretbare Aufteilung der gemeinsam entstehenden Kosten auf die Produkte F r eine individuelle Zuordnung eines bestimmten Prim renergieanteils auf einzelne Produkte ben tigt man zus tzliche Bedingungen die zwangsl ufig durch Annahmen aus anderen Bereichen gebildet werden m ssen Bejan et al 124 schlagen daf r die exergo konomische Analyse vor die Kostenaspekte ber cksicht
27. Anhaltspunkt Ist diese zwischen dem bekannten Energieverbrauch und einem oder mehreren Indikatoren hnlich kann von einem linearen Zusammenhang ausgegangen werden Mit der Regressionsanalyse wird der Einfluss der einzelnen Indikatoren gewichtet Die Gr e der Gewichtung gibt dabei Aufschluss dar ber wie signifikant der jeweilige Indikator zur Bestimmung des W rmebedarfs ist Inwieweit auch nicht lineare Abh ngigkeiten d h Indikatoren die eine andere H ufigkeits Verteilung aufweisen als der bekannte Energiebedarf in quadratischer oder anderer Form einflie en k nnen m ssten weitergehende Untersuchungen kl ren Daten die eventuell einen Zusammenhang aufweisen sind Anzahl der Einwohner Gr e der Familien Gr e der Geb ude Anzahl der Besch ftigten nach T tigkeitsbereichen Gr e der landwirtschaftlichen Nutzfl chen Anzahl der Nutztiere Ausstattung des Haushalts mit bestimmten Gegenst nden usw M glicherweise kann selbst das Konsumverhalten der Mittelschicht als Indikator f r den Gesamtenergiebedarf angesehen werden Informationsaufbereitung Die einfache Reorganisation oder Verkn pfung von Informationen erm glicht zum Teil gut verwendbare Einblicke und zeichnet sich h ufig durch geringeren Aufwand und geringe Anforderungen an die Energieplaner aus Letzteres f hrt dazu dass gerade in Entwicklungsl ndern derartige einfache Verfahren vielfach zum Einsatz kommen k nnen F r das Fallbeispiel Iran wird f r
28. Bev lkerung leben im Norden und im westlichen Streifen vom Zagrosgebirge Allein in der Hauptstadt Teheran mit fast 6 5 Millionen Einwohnern 1993 bei einer Bev lkerungsdichte von 7 500 Ew je km konzentrieren sich etwa 12 der Gesamtbev lkerung Von 1990 bis 1995 w hrend des ersten F nf Jahres Planes nahm die Bev lkerung j hrlich um 3 2 zu Dieser Bev lkerungswachstum wurde innerhalb des zweiten F nf Jahres Planes Abbild 2 1 umsumlich Second Five Year Plan SFYP 1995 1999 auf ak 16 rans naturr umliche 4 7 im Jahr 1999 gesenkt 2 2 Energiewirtschaft im Iran Im Iran werden Erd l Erdgas Wasserkraft und Kohle als Prim renergietr ger genutzt Sch tzungen der nachgewiesenen Reserven liegen bei 90 Milliarden Barrel l ca 8 5 der weltweit vorhandenen Reserven und 24 Billionen m Erdgas fast 15 der weltweit vorhanden Reserven und damit zweitgr ter Anteil an den Reserven Die nachgewiesenen Kohlereserven betragen gesch tzt 13 Milliarden Tonnen 13 Um die potentielle Solarenergie und die Verteilung der Solareinstrahlung im Iran zu bestimmen f hrte die Universit t Sharif eine Studie durch 19 In einem Strahlungsmodell wurden die bereits dokumentierten Langzeitmessungen der Temperatur der relativen Luftfeuchte und der Sonnenscheindauer neben der geographischen Breite und H he zum Meeresniveau als Randbedingungen bei der Absch tzung der Solareinstrahlung an einem beliebigen Standort einges
29. ES Rohrleitungen a Laden gt 3 y Simulation y Simulationsergebniss Ergebnisse Ergebnisse Tabellarisch Graphisch Abbildung 4 16 PRAXOSOL Aufbau in Kombination mit Geb udsimulationsprogramm PRAXOGES und GOMBIS 62 4 4 3 Verf gbare Systemkonfigurationen F r die Verschaltung von Solarspeicher Bereitschaftsspeicher und Nachheizung stehen an unterschiedliche Bed rfnisse angepasste Standardkonfigurationen zur Verf gung Das Programm PRAXOSOL stellt f nf verschiedene Anlagenkonfigurationen zur Auswahl Diese verschiedenen Anlagentypen decken die meisten der zur Zeit realisierten Systeme ab Die Konfigurationen lassen sich gem unterschiedliicher Zusammensetzungen des W rmebedarfs grob in zwei Gruppen aufteilen Anlagen zur Trinkwassererw rmung und Anlagen zur Trinkwassererw rmung und Heizungsunterst tzung Die Kollektoren die solarseitigen Rohrleitungen und der W rme bertrager werden bei allen f nf Anlagentypen mit den gleichen Algorithmen berechnet Die Unterscheidungen bestehen ab der W rme bergabe durch den W rme bertrager Im Folgenden werden die einzelnen Modelle bez glich ihres Anwendungsgebietes und der Algorithmen vorgestellt Anlagenkonfiguration I Trinkwasserf hrender Speicher Nachheizung mit Durchlauferhitzer II Trinkwasserf hrender bivalenter Speicher III Zweispeichersystem IV Pufferspeichersystem mit Netzeinspe
30. F r den Vergleich des BHKW mit anderen W rmeerzeugern nach der Restwert Methode kann dem BHKW f r seine Stromerzeugung der Prim renergiebedarf eines Kondensationskraftwerks gutgeschrieben werden Unter der Annahme eines elektrischen Kraftwerkwirkungsgrades von 0 37 sind 94 kWh Prim renergie f r 35 kWh Stromerzeugung notwendig Damit verbleibt ein Prim renergiebedarf von 6 kWh f r die W rmeerzeugung des BHKW Bei dieser Art der Berechnung w rde das BHKW eine Heizzahl 65 6 10 8 erreichen Der Vergleich des BHKW mit reinen Stromerzeugern nach der gleichen Methode erfordert eine Gutschrift f r die W rmeerzeugung Abbildung 5 2 zeigt dass dann lediglich ein Prim renergiebedarf von 24 kWh f r die Stromerzeugung brigbleibt was einem elektrischen Wirkungsgrad gr er als 1 4 entspr che Beides sowohl die Heizzahl als auch der elektrische Wirkungsgrad erreichen bei der Berechnung mit der Restwert Methode unrealistisch hohe Werte Dabei ist die Aussage dass das BHKW Strom und W rme energetisch g nstig erzeugt qualitativ sicher richtig aber das Ergebnis ist in dieser Form nicht quantitativ belastbar In beiden F llen h ngt das Ergebnis ganz entscheidend von der Wahl des Referenzsystems ab Je schlechter dessen Wirkungsgrad ist desto besser schneidet die KWK Anlage ab Werden keine Vergleichssysteme herangezogen k nnen folgende Verfahren f r die Verteilung von Systeminputgr en auf die entsprechenden Produkte lediglich mit der Ken
31. Fl cheninhalte der Rechtecke bei n St tzpunkten erf llt die Bedingung gradA x x 0 Dass es sich dabei tats chlich um ein Maximum handelt ist geometrisch offensichtlich Zus tzlich kann rechnerisch nach der Aufstellung der Hesse Matrix gezeigt werden dass erstens dieses eine symmetrische Matrix ist und zweitens alle ihre Eigenwerte kleiner Null sind Daher hat A bei CHE n 1 a n 1 a n 1 a ein Maximum das wie folgt berechnet wird 78 kal al n l a n l a n 1 b X b nn l b n bzw A nee a a en mef ad nn n 1 a 2 2a n 1 Betrachtet man den gesamten Fl cheninhalt des Dreieckes ist die Abweichung zwischen Amax und Ap gleich _h2 2 na E 2a n 1 2 n 1 a D h je gr er n desto kleiner ist die Abweichung Wenn zus tzlich die obere und untere Schranken Ym und Ym wie im Abbildung dargestellt vorgegeben sind und ein Maximum dazwischen gesucht wird ist diese Aufgabenstellung f r das Dreieck ABC quivalent zu der oben gezeigten Aufgabe ohne Nebenbedingung geordnete Jahresdauerlinie g x ax b 0 Xm Xm X 9000 Abbildung 6 2 Geordnete Jahresdauerlinie und Dimensionierung eines BHKW bei vorgegebenen oberen und unteren Leistungsgrenze Also gleiche Aufgabenstellung mit dem Unterschied dass Yuzb _ _ mob a I X Xm m n l Xm S Xm und die L sung lautet f r k 1 n demnach sind Da g eine monoton fallende Funktion ist gilt k a k
32. Ortschaft eines Stadtteils oder Stadt In den Entwicklungsl ndern besteht eine gro e Disparit t in der Einkommensverteilung der Bev lkerung Es zeigt sich insbesondere dass das Energieverbrauchsverhalten stark vom verf gbaren Haushaltseinkommen gepr gt ist Es existieren verschiedene Einkommensgruppen die ein entsprechend unterschiedliches Energieverbrauchsverhalten aufweisen Die lokale Heterogenit t ist eine soziale Heterogenit t innerhalb eines Ortes die sich aus den Differenzen im Energieverbrauchsverhalten aufgrund von Einkommensunterschieden verschiedener Personen ergibt Die Heterogenit t der Energiesysteme tr gt wesentlich zur Versch rfung der Datenbeschaffungsproblematik bei da die Unsicherheit der gewonnenen Daten einer heterogenen Gesamtheit nach der Stichprobentheorie gr er wird wenn man den Aspekt der Heterogenit t bei der Datensammlung nicht ber cksichtigt Im vorliegenden Fall sind die Unterschiede zwischen l ndliichem und st dtischem Energiesektor oft so gro dass die Untersuchung in zwei Teilerhebungen f r die st dtischen und l ndlichen Bereiche durchgef hrt werden sollte 3 Weiterhin sind die vorhandenen Untersuchungen oft nur bedingt belastbar Dies kann sich auf die Dokumentation und Transparenz der Vorgehensweise auf die Konsistenz und Einheitlichkeit der Vorgehensweise und insbesondere auf die Evaluierung der Erhebungsmethode beziehen die in kaum einem Fall ver ffentlicht ist Die Ans tze
33. Sicht eines EVU wird davon ausgeangen dass K lte und Strompreise konstant bleiben und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Energiebereitstellung durch Variation der W rmepreise geregelt wird Da der W rmebedarf in Bandar Abbas auf Warmwasserbereitung beschr nkt ist m ssen die Verluste des EVU bei der Kostenbilanz Rohgewinn wie im Basisszenario in den Szenarien 2 und 3 mit sehr hohen W rmepreisen aufgefangen werden Szenario 1 ist sowohl f r ein EVU als auch f r den Endverbraucher wirtschaftlich und sollte daher schon aus konomischen Gr nden umgesetzt werden 116 Szenario 1 Solarenergienutzung Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 59 935 DM 105 446 DM 96 210 DM 101 985 DM Einnahmedifferenz 0 DM 45 511 DM 156 145 DM 42 050 DM Ausgaben gesamt 364 638 DM 208 493 DM 208 493 DM 208 493 DM Rohgewinn 304 703 DM 103 047 DM 304 703 DM 106 508 DM Einnahmedifferenz zu Basisszenario 201 656 DM 0 DM 198 195 DM Gesamtkosten des Verbrauchern 105 450 DM 105 446 DM 96 210 DM 101 985 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 5 DM 201 661 DM 3 466 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 30 23 DM MWh 62 78 DM MWh 62 78 DM MWh 20 09 DM MWh 62 78 DM MWh Tabelle 7 24 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Band
34. Umgebung In erster N herung k nnen hierbei die st ndlichen Werte der langwelligen atmosph rischen Gegenstrahlung und der langwelligen Bodenstrahlung in den obigen Ansatz in folgender Weise bernommen werden T V ee 4 11 Is 86 9 gt Und 4 Tur sga El 4 12 qsg ur r mit als atmosph rischer Gegenstrahlung und g als Bodenstrahlung 39 Wie bei Poos 70 angegeben l sst sich der W rme bergangskoeffizient f r Strahlung ag f r bliche Raum und Au entemperaturen sowie f r die meisten in der Technik gebr uchlichen Oberfl chen mit 4 5 Wim K im Mittel absch tzen Der W rme bergangskoeffizient f r Konvektion an Au enteilen ak wird vor allem durch die Windgeschwindigkeit bestimmt Zur Bestimmung von ax liegen eine Reihe empirischer Korrelationsformeln vor die Feist 33 vergleichend bewertete F r das vorliegende Geb udemodell wird ein Ansatz von McAdams 71 in folgender Form verwendet Qk 4 83 3 36 W f r w lt 5m s 4 1 3 ap 6 17 w f r w gt 5m s 4 14 Die Windgeschwindigkeit w wird durch die Unebenheiten der Umgebung verursacht z B durch Wald oder Bebauung in Abh ngigkeit von der Bodenh he abgeschw cht Zwischen der gemessenen Windgeschwindigkeit der meteorologischen Daten und der angesetzten Windgeschwindigkeit in den Gleichungen 4 13 und 4 14 wird folgende Beziehung angesetzt Rg W W Ry e 4 15 ho mit WIRY Windgeschwindigkeit TRY i
35. Warmwasserbereitung vergleichsweise wenig variiert weichen Heizw rmebedarf und K ltebedarf stark von einander ab Die zwei wesentlichen Faktoren die bei der Dimensionierung einer thermischen Solaranlage eine Rolle spielen und die sich im Iran stark von den mitteleurop ischen Gegebenheiten unterscheiden sind die Solareinstrahlung und der Breitengrad Der Breitengrad beeinflusst den jeweils optimalen Neigungswinkel der neben der geografischen Lage von der jahreszeitlichen Verteilung der W rmenachfrage abh ngt Die h here Solareinstrahlung im Iran erlaubt im Vergleich zu Mitteleuropa reduzierte Kollektorfl chen und erfordert gleichzeitig ge nderte spezifische Speichervolumen bezogen auf Kollektorfl che Zudem existiert an allen f nf Standorten so gut wie keine bergangszeit Dadurch weicht die Dimensionierung aller Komponenten der Solaranlage von der in Deutschland blichen Dimensionierung ab Als charakteristische Kenngr en werden im Folgenden die spezifische Kollektorfl che bezogen auf den Jahresenergiebedarf in m MWh und das spezifische Speichervolumen in m m Kollektorfl che herangezogen Auch f r die verschiedenen Klimaregionen des Iran ergeben sich voneinander abweichende Dimensionierungsempfehlungen F r jeden Standort wurden f r die oben genannte Siedlung eine Reihe von Solaranlagen mit zunehmender Kollektorfl che entworfen Die kleinste ber cksichtigte Kollektorfl che sind 50 m Die Speicher wurden als saison
36. a 180 arccos 4 84 a 180 arccos f r twoz gt 12 00h Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen der Fl chennormalen und der Strahlungsrichtung Er ist abh ngig vom Neigungswinkel und Aufstellungsort der Empfangsfl che sowie von dem Sonnenstand und l sst sich berechnen aus cos sin cosn sin cos cosa sinn COS COS S N COS amp S N N COS N COS 4 85 sin a sinn cos sin Berechnung der diffusen und direkten Strahlung Nach Erbs et al 103 und 110 besteht eine Korrelation zwischen der diffusen Strahlung auf die horizontale Fl che Gatin der Globalstrahlung Gen und dem Bew lkungsindex kr Der Bew lkungsindex beschreibt die Strahlungsverluste durch die Erdatmosph re und wird wie folgt berechnet G Kr SEON a 4 86 G x cos O mit dem schlie lich die diffuse Strahlung aus der Globalstrahlung und dem Bew lkungsindex ermittelt werden kann Gain Gen 1 009 Kr f r 0 lt k lt 022 Sum Gan 095 1401604k 4388 k 16638 k 12336 k f r 022 lt k lt 08 4 87 Gain Gan 0165 f r 08 lt k lt 1 Dadurch kann die direkte Strahlung Garn auf die horizontale Fl che aus 4 88 bestimmt werden 66 Garn en Gath 4 88 F r die Generierung der Stundenwerte wird das TAG Modell Time dependent Autoregressive Gaussian model genutzt Dieses Modell besteht aus einem Tagesmodell das einen durchschnittlichen Tagesverlauf berechnet und e
37. a der Konversionsfaktor m und der Winkelkorrekturfaktor K unterschiedlicher Kollektoren sind in einer Kollektordatenbank die Kollektorkennwerte nach Herstellerangaben enth lt zusammengefasst Die Definition zus tzlicher Kollektoren anhand der o g Kennwerte ist m glich Die Umgebungstemperatur T entstammt ebenfalls dem verwendeten meteorologischen Datensatz Die mittlere Fluidtemperatur folgt aus 4 48 Die dazu ben tigte Kollektoreintrittstemperatur Te wird von der Rohrleitungsberechnung bergeben s W rmeverluste in den Rohrleitungen Durch Gleichsetzen der 4 49 und 4 50 und Einsetzen der nach Kollektoraustrittstemperatur Ta aufgel sten 4 48 ergibt sich f r die mittlere Temperatur era 3 4 51 2 c m 4 51 wird nun in 4 47 eingesetzt und diese in eine quadratische Gleichung der normierten Form umgeformt Die L sung der quadratischen Gleichung liefert den Kollektorwirkungsgrad n 2 c m 2 c m c m 2 c m n gt 2a T Tu ta j a Tu tao a Gag Ae 2 Ae a GG g Ae 5 Ae m 4c m 2 i f m aan 4 52 ai Gog Ae Mit dem in 4 52 bestimmten Kollektorwirkungsgrad kann nun die Nutzw rmeleistung bestimmt werden Das Aufl sen von 4 50 nach Ta liefert die Kollektoraustrittstemperatur Nach DIN V 4757 4 93 erfolgt die Ermittlung des Winkelkorrekturfaktors K in 5 Schritten Dieser geht in die allgemeine Gleichung zur Bestimmung des Wirkungsgrads ein W rmeverluste in den Roh
38. als W hrung Eine Umrechnung in Euro erfolgte nicht kann aber f r alle Werte mit dem Faktor 1 95583 DM durchgef hrt werden Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden von einer Umrechnung nicht ber hrt 93 Die gesamten Investitionskosten werden unter Ber cksichtigung der notwendigen j hrlichen Mindestverzinsung in mittlere j hrliche Kapitalkosten ber den Betrachtungszeitraum umgewandelt Unterschiedliche technische Lebenszeiten der Komponenten werden ber cksichtigt Wirtschaftlichkeitsberechnungen erfordern Angaben zur erwarteten Nutzungsdauer der Komponenten Richtwerte f r diese rechnerische Nutzungsdauer von technischen Komponenten sind in Tabelle 7 5 dargestellt Ahlagerik mpon nte Rechnerische Nutzungsdauer Wartung Instandhaltung in der g p in Jahren Investition pro Jahr Deutschland Iran Deutschland Iran 52 169 173 Absch tzung 52 169 173 Absch tzung Motor Aggregat 1 15 3b S Kessel 20 20 1 1 25 30 Personalkosten 3 bis 4 0 5 Verwaltungskosten mean Tabelle 7 5 Rechnerische Nutzungsdauer der Anlagenkomponenten und Kosten der Wartung und Instandsetzung der Anlagen Die Kosten f r Wartung und Instandsetzung der Anlagen wurden als Prozentsatz der Anfangsinvestition angesetzt Die Werte orientieren sich an den in Deutschland g ngigen Werten s Tabelle 7 5 Dar ber hinaus entstehen Personalkosten f r die Beaufsichtigung Bedienung und Betriebsf hrung der Anlage Der Aufwand h
39. auf Basis eines vorgegebenen W rmepreises und K ltepreises berechnet Der vorgegeben W rmepreis kann wahlweise der anlegbare WV rmepreis sein W rmegestehungskosten des Verbrauchers im Basis Szenario oder eine zu definierende W rmepreisregelung 2 Konstanter Rohgewinn f r das EVU im Vergleich mit dem Basisszenario Bei dieser Variante wird jener W rmepreis ermittelt den das EVU erzielen muss um nach Abzug aller Kosten den gleichen Rohgewinn wie in der Ausgangssituation die Ver sorgungsvariante im Basisszenario zu erreichen 3 Rohgewinn f r das EVU wie beim Betrieb der KWK Anlage durch den Verbraucher Hier wird die aus der EVU Sicht ung nstigste Variante durchgespielt Wenn der Kunde selbst Strom erzeugt reduziert sich der Stromverkauf und damit der Rohgewinn des EVU Es wird der jenige W rmepreis f r die W rmelieferung des EVU ermittelt der den Rohgewinn genau so gro werden l sst wie er sich bei KWK Betrieb durch den Verbraucher einstellen w rde In diesem worst case lohnt es sich normalerweise f r das EVU nicht selbst die KWK Anlage zu betreiben Die Rechenvarianten 2 hoher wirtschaftlicher Nutzen beim EVU und 3 hoher wirtschaftlicher Nutzen beim Verbraucher grenzen gewisserma en den Bereich ab innerhalb dessen der Preis f r die vom EVU bereitgestellte W rme oder K lte variiert werden k nnen Amortisationszeit f r die aktive Betreiberolle des EVU Der dritte Teil der Bilanzierung aus de
40. der Einsatz solcher Anlagen unter konomischen und energetischen Rahmenbedingung im Iran gepr ft 6 3 Dimensionierung und Auslegung der Solaranlagen Die energetische Planung einer solaren W rmeversorgung h ngt im Wesentlichen von den Parametern W rmebedarf und Solareinstrahlung ab Sie umfasst unter anderem die Bestimmung von Speichergr e und Kollektorgr en z B Vor und R cklauftemperaturen W rme bertragereigenschaften Vorab kann festgehalten werden dass zwar zur Zeit keine Standardkonfiguration existiert aber dennoch einige prinzipielle Entwurfsrichtlinien aufgestellt werden k nnen die auf Erfahrungswerten beruhen 7 Tabelle 6 1 enth lt Anhaltswerte f r die Dimensionierung von Solaranlagen die aus den Erfahrungen des Programms Solarthermie 2000 157 stammen Diese Richtwerte gelten f r Deutschland Sie sind in Intervallen angebeben d h eine exakte Auslegung ist erst nach einer detaillierten Aufstellung der Randbedingungen z B solares Angebot Energiebedarf Preis fossiler Energietr ger m glich Die Erfahrungen aus dem Programm zeigen dass f r Gro anlagen zur Gesamtw rmeversorgung Warmwasser und Heizw rme in Deutschland ein solarer Deckungsanteil zwischen 20 und 25 sinnvoll ist Anhaltswerte zum Entwurf von Solaranlagen zur Trinkwasserbereitung Einfache Kollektoren 1 25 2 m Person Hocheffiziente Kollektoren 1 0 1 2 m Person Vakuumr hernkollektoren 1 0 1 2 m Person Speicher 50 8
41. der Solaranlage f r Region Ramsar 4 snneennnnnnennnnn 85 Abbildung 6 6 Zwei Leiter Netz mit Speicher bzw mit Durchlauferhitzer 224400sssnnnnnennnnnnennnnnnnnnnn 87 Abbildung 7 1 Simulierter t glicher Heizenergiebedarf eines WBS 70 Plattenbaus in Ramsar 90 Abbildung 7 2 Berechneter Verlauf der Kaltwassertemperatur uussnssnnnnnennnnnnnnnnnnnennnnnnnnnn 91 Abbildung 7 3 J hrlicher Pro Kopf Energiebedarf in f nf repr sentativen St dten im Iran 92 Abbildung 7 4 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Ramsar sense 96 Abbildung 7 5 Anteilige Deckung des W rmebedarfs durch eine Solaranlage s4 nennen 97 Abbildung 7 6 W rme und Stromerzeugung durch BHKW u nseensssnnennnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnn nenn 97 Abbildung 7 7 W rme und Strombedarf f r Klimaregion Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario1 und KWK Szenario2 244404s nenne nnnnnnennnnnnne nen 98 Abbildung 7 8 Energiebereitstellung f r Klimaregion I Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario1 und KWK Szenario2 seeeeeeeeserrsseerresrrrresrrrrssrernssreens 98 Abbildung 7 9 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Tabriz 102 Abbildung 7 10 W rme und Stromerzeugung durch BHKW sssssssssssssrssserrsssrrrssrrrrssrrrrssrrrrssrrrrssrenns 103 Abbildung
42. eine langen Zeitraum konstant Dann allerdings 1995 1999 stiegen sie j hrlich durchschnittlich um 20 Erdgas 37 Benzin bzw Kraftstoff bzw 50 andere Mineral lprodukte F r Erdgas und Strom bertrifft die Preissteigerungsrate nur geringf gig die allgemeine Inflationsrate so dass die Auswirkungen des Preises auf den Verbrauch stark ged mpft wurden Elektrizit t Das Energieministerium legt die durchschnittlichen Stromtarife f r eine Zeitperiode so fest dass die kalkulierten Investitions und Betriebskosten durch die Einnahmen aus dem Verkauf der Elektrizit t gedeckt werden Die Kalkulation des durchschnittlichen Strompreises beruht damit auf Sch tzungen der anfallenden Investitionen und Betriebskosten sowie des erwarteten Verbrauchs Die f r die verschiedenen Verbraucher g ltigen Tarife basieren auf diesem Durchschnittspreis Der Gro handelspreis der iranischen Stromerzeugungs und Verteilungsgesellschaft TANVIR der f r die Energieversorgungsunternehmen gilt ist allerdings wieder stark subventioniert Der Endverbrauchertarif f r Haushalte reicht von kostenloser Versorgung bei einem Verbrauch unterhalb von 40 kWh Monat bis zu 310 Rial kWh f r Haushalte mit einem Verbrauch oberhalb von 1075 kWh Monat Stand 2000 Tabelle 2 5 enth lt die nach Verbraucherkategorien differenzierten Durchschnittspreise 23 Durchschnittspreis Subvention Rial kWh US Cent kWh Rial kWh Verbraucherka
43. f r Landeskunde und Raumordnung BFLR Kernforschungsanlage J lich GmbH Projektleitung Energieforschung PLE Hrsg Schriftenreihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Band 1 Energiekonzept Berlin West Bonn 1985 Band 2 Statusbericht 1985 Bonn 1985 Band 3 Energiekonzept Wilhelmshaven Bonn 1985 Band 4 Energiekonzept Rhein Neckar Bonn 1985 Band 5 W rmeversorgungskonzept Bremen Bonn 1985 Band 6 Luftbildgest tzte Bestandsaufnahme Bonn 1985 Band 7 Energiekonzepte f r kleine Gemeinden Bonn 1986 Band 8 Energiekonzept Bonn Bonn 1986 Band 9 Energiekonzept Nienburg Weser Bonn 1986 Band 12 Energiekonzept Saar Bonn 1987 Band 13 Energiekonzept Norderstedt Bonn 1987 Band 14 Energiekonzept S dostoberbayern Bonn 1987 Band 16 Rationelle Erstellung von W rmeatlanten Bonn 1988 Band 20 Dokumentation des Arbeitsprogrammes Teil 1 Bonn 1988 Band 21 Dokumentation des Arbeitsprogrammes Teil 2 Bonn 1988 Band 24 Energiekonzept Freiburg Bonn 1989 Band 25 Querschnittsauswertung des Arbeitsprogrammes Bonn 1990 Band 26 Energiekonzept Rhein Main Bonn 1990 Band 27 Energiekonzept Trier Bonn 1991 zsoZzo oT eu no ee ES ze 22333 gt 2S S20 55 Ebel Witta u a Institut f r Wohnen und Umwelt IWU Hrsg Einsparungen beim Heizw rmebedarf ein Schl ssel zum Klimaproblem Darmstadt 1995 56 Friederich Rainer u a Forschungsbericht Energie und Umwelt Grundlage zur Entwicklung von rtlichen und
44. gr erer Zuverl ssigkeit von Wiederholbauteilen anzustreben F r die Dimensionierung der konventionellen Anlagen wie BHKW Heizkessel K ltemaschinen sowie W rme und K ltenetz kann auf die Erfahrungen und Entwurfsregeln der Industriel nder zur ckgegriffen werden F r die Einsatzplanung von konventionellen Energieerzeugungsanlagen f r W rme K lte und Strom werden in der Energiewirtschaft Jahresdauerlinien eingesetzt Eine Jahresdauerlinie ist der Zeitgang einer extensiven physikalischen Gr e wie die Leistung der von der chronologischen in eine nach absteigender oder auch aufsteigender Reihenfolge geordneten Darstellungsweise umsortiert ist Abgeleitet aus der Jahresdauerliniie und den Vollbenutzungsstunden lassen sich Anzahl und Leistung der Module sinnvoll w hlen Nat rlich bedeutet der bergang von der Zeitganglinie zur Jahresdauerlinie einen erheblichen Informationsverlust Dieser Verlust ist aber bewusst einkalkuliert und wird im Interesse einer f r die Planung weitaus praktikableren Darstellungsweise des zeitlichen Geschehens in Kauf genommen 137 Im Gegensatz zu konventionellen Anlagen werden Solaranlagen nicht nach dem Leistungsbedarf sondern nach Energiemengen ausgelegt Die Dimensionierung einer solaren W rmeversorgung h ngt stark von den Parametern W rmebedarf Speicher und Kollektorgr e sowie klimatischen Gegebenheiten ab 6 1 BHKW Auslegung Neben der Einsatzplanung konventioneller Energieerzeugungsanl
45. gt werden Falls kein Tagesgang zugeordnet wird ergibt sich die Jahresdauerlinie des Heizw rmebedarfs aus der Verteilung der Au entemperatur Wurden Tageslastg nge definiert werden die st ndlichen Rechenergebnisse zu Tageswerten aufsummiert und anschlie end wie beim Verbrauchertyp mit Tagesvorgaben beschrieben mit den Tageslastlinien berlagert 5 Verbrauchertyp mit Daten aus Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES Im Rahmen dieser Arbeit war es notwendig ein Programm zu entwickeln das den Heizw rmebedarf durch ein vereinfachtes Rechenverfahren bei Ber cksichtigung des Nutzerverhaltens ermittelt Dieses wurde durch die Umsetzung des erarbeiteten Rechenverfahrens nach dem Ein Kapazit ten Modell siehe Kapitel 4 2 in das Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES und die Erstellung einer Datenbank f r typische Tagesgangliniien des W rmebedarfs erreicht Bei der Berechnungen nach dem Ein Kapazit ten Modell werden folgende Einflussfaktoren ber cksichtigt s 61 W rmespeicherf higkeit des Geb udes st ndliche meteorologische Daten Umgebungstemperatur Windgeschwindigkeit Solarstrahlung Transmissionsw rmeverluste L ftungsw rmeverluste passive Solarenergienutzung innere W rmequellen Mit Hilfe dieses Simulationsprogramms k nnen geb udeseitige Energiesparma nahmen wie W rmed mmung Einbau von W rmeschutzfenstern und andere Ma nahmen berechnet werden Damit k nnen im Rahmen eines Versorgungsszenarios auch die E
46. ltetechnik VDI Verlag 1995 141 Tabor H use of solar energy for cooling purposes Solar Energy Vol 6 No 4 1962 142 Duffie J A Sheridan N R Lithium Bromide Water refrigerators for solar operation Mechanical amp Chemical Engineering Transactions May 1965 143 Farber E A Flanigan F M Lopez L Polifka R W University of Florida solar air conditioning system Solar Energy Vol 10 No 2 1966 144 Ashrae handbook Absorption air conditioning and refrigeration equipment chapter 14 1979 145 Mitchell John W State of the art of active solar cooling Proceedings of the International Solar Energy Society annual meeting 1986 146 Logee T L The effect of insolation levels on the capacity of solar driven absorption chillers ASME Publication 81 WA Sol 29 1981 147 Matsumoto H An improved absorption chiller heater for solar cooling Solar world congress Perth 1983 148 Noguchi T Overview on thermal application of solar energy in Japan Solar amp Wind Technology Vol 2 No 34 1985 149 Hause R Prinzipielle Auslegungsaspekte f r solare Ammoniak Wasser Absorptionsk hlanlagen Ki Klima K lte Heizung 1 1983 132 150 Eisser W Untersuchung des solarbeheizten Absorptionsk ltemaschinenprozesses zur Klimatisierung von Geb uden Forschungsberichte des Deutschen K lte und Klimatechnischen Vereins Dissertation Dortmund 1983 151 Wiesner W Nutzung der Solartechni
47. ngt insbesondere von der Gr e der Anlage und den Anspr chen an die Versorgungssicherheit ab Nach 168 169 kann f r eine erste Beurteilung von spezifischen Personalkosten bei gro en Anlagen von ca 1 bei kleineren Anlagen von ca 3 4 bezogen auf die gesamte Investitionssumme ohne Bauteil ausgegangen werden In der Modellrechnung wurden 1 angesetzt Es erwies sich als unm glich verl ssliche Daten zu Verwaltungs Personal oder zu den durchschnittlichen Wartungskosten im Iran zu finden da nur sehr wenige BHKW in Betrieb sind Deshalb wurden die in Deutschland blichen Kosten und Sch tzungswerte f r den Iran bernommen Daher k nnen die angegebenen Werte in Tabelle 7 5 nur als sehr grobe Sch tzungen gelten Arbeitsabh ngige Kosten Variable Kosten Die arbeitsabh ngigen Kosten umfassen im wesentlichen die Brennstoffkosten und die arbeitsabh ngigen Wartungskosten der Anlagen soweit diese noch nicht ber die leistungsabh ngigen Kosten als Prozentsatz der Investition erfasst wurden Zeitliche Entwicklungen werden ber den Diskontierungsfaktor ber cksichtigt Der Diskontierungsfaktor ber cksichtigt die Preissteigerungsraten f r den Leistungs und Energiebezug bzw die Einspeisung In den Berechnungen wurde von jeweils gleichen Steigerungsraten bei Erdgas und Strompreisen in H he von 10 p a ausgegangen s Abschnitt 2 3 Die spezifischen Energiepreise sind sehr stark von Nutzungsarten und Verbrauchersektoren abh
48. r Wissenschaftlich Technische Information mbH TUV Verlag 1998 170 Schrag T Modellierung Simulation und Optimierung solarthermischer Anlagen in einer objektorientierten Simulationsumgebung Dissertation Fachbereich Informatik der TU Berlin 2000 171 BINE Langzeit W rmespeicher und solare Nahw rme profinfo I 2001 133 172 BINE Kleine netzgekoppelte PV Anlagen im Breitentest profinfo I 1998 173 TRANE Absorptions Wasserk hlmaschinen Baureihe ABSC Nennleistungen von 360 bis 6000 kW 174 Amiri M Gharibi A The Power enhancement of the Kish island gas turbine using absorption chiller Proceedings of the 15 International Conference on Efficiency Cost Optimization Simulation and Environmental Impact of Energy Systems Volume Il July 3 5 2002 in Berlin Germany edited by G Tsatsaronis M J Moran F Cziesla T Bruckner 134 1 Anhang Geb udedaten Die Geb udedaten sind unten tabellarisch wiedergegeben Abmessungen des Geb udes L B H m 48 37 12 37 17 Nord und S dfassadenfl chen m2 677 2 Drempel und Kellerwandfl chen wurden abge zogen Ost und Westfassadenfl chen m2 173 2 we und Kellerwandfl chen wurden abge zogen Dachfl che m2 589 3 Wohnfl che m2 2384 Raumluftvolumen inkl Treppenhaus und Keller m3 8375 Fensterfl chen N O S W m2 160 2 70 197 570 Einla tiefe des Kellers in das Erdreich m lat ate des Kale nn das Kara IM o U mittlere Geschossh he
49. richtigen Zeitpunkt bzw am gew nschten Ort zur Verf gung Das vorhandene Energieangebot konzentriert sich auf gro e St dte und Industriegebiete die dadurch einmal mehr zum Anziehungspunkt der Landbev lkerung werden Auf dem Land fehlt Energie zur Deckung der wichtigsten Bed rfnisse wie z B die Trinkwasserbereitung oder zum Betrieb von medizinischen und landwirtschaftlichen Einrichtungen Eine unzureichend entwickelte oder gar nicht vorhandene Infrastruktur zur Anpassung und Verbreitung geeigneter Technologien und Planungsfehler der Vergangenheit sind die Ursachen daf r dass au erhalb der st dtischen Zentren nur ein verschwindend geringer Prozentsatz der privaten Haushalte vollst ndig mit Strom oder lprodukten versorgt werden kann Dies f hrt zu einer starken Heterogenit t der Energiesysteme Daher manifestiert sich die Einbindung der Energieplanung in den nationalen Entwicklungsprozess in verschiedenen Dimensionen Ausgangspunkt ist dabei die berlegung dass Energieplanung einen integralen Bestandteil des sozio konomischen Entwicklungsprozesses bildet Dementsprechend existiert im Iran h ufig eine enge Verkn pfung von Energieplanung und politik mit Regional oder Strukturpolitik 2 Die Herausforderung und die Aufgaben der Energieplanung im Iran wie in vielen Entwicklungsl ndern ergeben sich aus einer Reihe von spezifischen Problemen und Rahmenbedingungen die wie folgt zusammengefasst werden k nnen hohe Kapitalintensit t
50. sich f r die St dte Ramsar Tabriz Shiraz Bandar Abbas und Kerman der in Abbildung 7 2 dargestellte Verlauf der Kaltwassertemperatur 90 x Ramsar Tabriz o Shiraz Bandar Keman Kaltwassertemperatur in C Monat im Jahr Abbildung 7 2 Berechneter Verlauf der Kaltwassertemperatur Bezogen auf die genannten Kaltwassertemperaturen kann der monatliche Warmwasserbedarf ermittelt werden Danach wird er mit Hilfe zweier typischer Tagesg nge s Anhang 2 auf den st ndlichen Warmwasserbedarf umgerechnet Strombedarf Aus dem Stromverbrauch und der Zahl der Stromanschl sse im Bereich Haushalt 23 und der Einwohnerzahl 165 166 f r f nf ausgew hlte St dte im Jahr 2000 wurden die j hrlichen Pro Kopf Verbr uche errechnet und in Tabelle 7 2 dargestellt Der hohe Stromverbrauch in Bandar Abbas wird durch den hohen K ltebedarf und ineffiziente K hlanlagen verursacht Alleine die vier Haushaltsger te K hlschrank Kleine Kompressionsk ltemaschine Verdunstungs k hlanlage und Waschmaschine beanspruchen etwa 16 2 2366 MW der Spitzenleistung des gesamten iranischen Netzes im Jahr 1996 20 Der Stromverbrauch in Ramsar dagegen kann auf einen vergleichsweise hohen Lebensstandard zur ckgef hrt werden Der durchschnittliche Strombedarf Pro Kopf und Jahr f r alle Haushalte im Iran liegt bei 476 2 kWh Wie Tabelle 7 2 zeigt liegt den Stromverbrauch im allen betrachteten St d
51. tats chlich vorgegebenen Monatsbedarf ergibt einen Faktor mit dem jeder einzelne Stundenwert des Tagesganges f r den betreffenden Monat beaufschlagt werden muss Mit den so angepassten Tagesg ngen wird die Jahresganglinie erstellt Dieses Verfahren kann sowohl mit den Kalender Tageslastg ngen als auch mit den VDI Tagesg ngen durchgef hrt werden Der Anwender kann das Verfahren nach dem die Anpassung einzelner Stunden erfolgt frei w hlen 3 Verbrauchertyp mit Tagesgangdaten Dieser Verbrauchertyp enth lt die M glichkeit die Tagesgangdaten der jeweiligen Nutzenergieart mit Tagesbedarfsdaten zu erg nzen Bei der Simulation dieses Verbrauchertyps wird im Prinzip auf die gleiche Weise wie bei dem Verbraucher mit Monatsvorgaben verfahren nur dass die berlagerung der Tagesg nge mit den Tagesbedarfswerten vorgenommen wird Der Methode der berlagerung von Tagesgangverl ufen mit Tagesbedarfsdaten liegt die berlegung zugrunde dass mit Hilfe bestimmter Rechenverfahren zwar plausible Tagesbedarfswerte aber keine realit tsnahe Abbildung der st ndlichen Energieabnahme innerhalb eines Tages gewonnen werden k nnen Dies kann jedoch durch Tagesganglinien die das typische Nutzerverhalten innerhalb eines Tages abbilden erreicht werden Auch hier kann wie beim einfachen Verbrauchertyp die Zahl der Tagesg nge beliebig gro sein Die Methode Tagesganglinien mit Tagesbedarfsdaten zu berlagern wird auch bei den Verbrauchertypen Verb
52. typischen Tageslastg nge in die Rechenalgorithmen von PRAXOGES GOMBIS werden die st ndlichen Werte aus dem simulierten t glichen Heizenergiebedarf Abbildung 7 1 ermittelt Hierf r werden die in der VDI 2067 Teil 7 52 typischen Tagesg nge s Anhang 2 zugrunde gelegt Analog zum Heizenergiebedarf wird der durch PRAXOGES errechnete K ltebedarf durch zwei typische Tagesg nge f r sechs Werktage und einen Wochenendtag in st ndliche Werte umgewandelt s Anhang 2 89 150 100 kwh Tag 500 L 146 219 Tag im Jahr Abbildung 7 1 Simulierter t glicher Heizenergiebedarf eines WBS 70 Plattenbaus 40 Wohnungen a 60 m in Ramsar Warmwasserbedarf Der Warmwasserbedarf f r Wohnungen in einem Mehrfamilienhaus in Deutschland Belegung mit 3 5 Personen liegt bei durchschnittlich 70 Liter Tag 60 C 163 In dieser Arbeit wird vom selbem mittleren Warmwasserbedarf 20 Liter Tag 60 C und Person ausgegangen Der tats chlich bestehende Warmwasserbedarf unterliegt jedoch sowohl st ndlichen als auch jahreszeitlichen Schwankung Die jahreszeitliche Bedarfsschwankung h ngt stark von Kaltwassertemperatur und Umgebungstemperatur ab Durch die bekannte mittlere j hrliche bzw monatliche maximale und minimale Umgebungstemperatur 99 kann die mittlere monatliche Kaltwassertemperatur wie folgt abgesch tzt werden 164 Tew Tusen t i cos em 7 1 it T _ Tax Mon TMinMon mi U Mon 7 2 Damit ergibt
53. und Hauser G Instation re Berechnungsverfahren f r den sommerlichen W rmeschutz im Hochbau Eine zusammenfassende Darstellung auf Grund des vorliegenden Schrifttums Berichte aus der Bauforschung Heft 103 1975 67 H glund l Methode zur Berechnung extremer Oberfl chentemperaturen an isolierten Au enbauteilen schwedisch Ytterkonstruktioner Byggforskningen R 6 1973 68 Nehring G ber den W rmefluss durch Au enw nde und D cher in klimatisierten R umen infolge der periodischen Tagesg nge der bestimmenden meteorologischen Elemente Dissertation TU Berlin 1962 Gesundheitsingenieur 83 Nr 7 S 185 189 Nr 8 S 230 242 Nr 9 S 253 269 1962 69 M gge G Die Bandbreite des Heizenergieverbrauchs Analyse theoretischer Einflussgr en und der praktischen Verbrauchsmessungen Dissertation TU Berlin 1993 VDI Fortschrittsbericht Reihe 19 Nr 69 70 Poos B Simulation des Heizenergiebedarfs von Mehrfamilienh usern Dissertation TH Aachen 1985 71 Mc Adams Heat Transmission McGraw Hill New York 1954 72 Hauser G Stiegel H W rmebr ckenatlas f r den Mauerwerksbau Wiesbaden Berlin Bauverlag 1990 73 Mainka G E Paschen H W rmebr ckenkatalog Teubner Verlag Stuttgart 1986 74 Schweizerischer Ingenieur und Architekten Verein W rmebr ckenkatalog1 Neubaudetails Z rich 1985 75 Heindl W Krec K Panzhauser E Sigmund A W rmebr cken Wien New York Springer Verlag 1
54. wie im Iran nur als globale Tagessummen der Einstrahlung vorhanden sind die in st ndliche Werte generiert werden m ssen F r die Berechnungen der Solaranlagen sowie des W rmebedarfs nach dem Ein Zonen Modell werden die st ndliche Werte von Au entemperatur Tu Windgeschwindigkeit sowie direkte und diffuse Strahlung auf die Horizontale ben tigt 64 Die verwendeten Werte f r Au entemperatur Windgeschwindigkeit und relative Feuchte entsprechen fast ausschlie lich den t glichen Messwerten f r das iranische Kalenderjahr 1375 1996 1997 98 Fehlerhafte oder fehlende Messwerte werden mit kubischer Spline Interpolation erzeugt Solareinstrahlung F r die solare Einstrahlung stehen t gliche Messwerte der Globalstrahlung zur Verf gung 17 98 99 Sie werden mit Hilfe eines Strahlungsmodells in st ndliche Werte umgewandelt Strahlungsmodelle k nnen generell nach ihren Ans tzen ihren Eingangsdaten und nach ihrem Umfang eingeteilt werden So kann z B zwischen stochastischen Modellen Goh et al 1977 100 Aguiar et al 1992 101 und Zeitreihenanalyse Modellen Gordon et al 1981 102 Erbs et al 1982 103 unterschieden werden Neben diesen Verfahren existiert in der Literatur auch eine Reihe von Modellen die entweder auf der spektralen Verteilung Hatfield et al 1981 104 oder auf einer Breitbandbetrachtung AHSRAE Modell 105 NOAA SOLMET Modell 106 Gueymard 1993 107 Davies et al 1988 108 der Sonneneinstrahl
55. wird daraus abgeleitet 5 1 Grundlagen und Vergleich energietechnischer Bewertungsverfahren Klassische Energieversorgungssysteme liefern in der Regel ein einziges Produkt F r die Stromerzeugung ist dieses klassische System ein Dampfkraftwerk das unter Aufwendung von Prim renergie elektrische Arbeit erzeugt Bei einer solchen thermischen Maschine wird nur ein Teil der Prim renergie in Kraft bzw elektrische Arbeit umgewandelt w hrend der Rest der zugef hrten Prim renergie an die Umgebung abgef hrt wird Analog zu Kraft bzw Stromerzeugern lassen sich auch Systeme betrachten die nur W rme liefern Der klassische Vertreter ist der Heizkessel Allgemein k nnen alle Energieversorgungssysteme die nur ein Produkt aus einem Edukt liefern eindeutig durch einen Wirkungsgrad eine Heiz oder K ltezahl etc beschrieben werden die als das Verh ltnis von Nutzen zu Aufwand definiert ist Eine grundlegende Schwierigkeit zeigt sich beim Vergleich von Systemen mit unterschiedlichen Edukten bzw Produkten wie z B Energiesysteme die durch den Einsatz unterschiedlicher Energietr ger ein Produkt erzeugen bzw alle Systeme die Strom und W rme simultan bereitstellen Das gleiche gilt f r Systeme die W rme und K lte erzeugen wie z B K lteanlagen mit Abw rmenutzung Der energetische Vorteil der gekoppelten Erzeugung mehrerer Produkte liegt in der Reduktion ungenutzter Energiestr me Ein Vergleich dieser Systeme aus energietechnischer Sicht i
56. zu einem immensen Strombedarf s Abschnitt 7 2 Dieser Strombedarf kann schon durch die Verwendung einer effizienteren Maschine auf ein Bruchteil reduziert werden s Abbildung 7 21 Wenn statt einer KKM eine AKM eingesetzt wird entsteht zus tzlicher W rmebedarf in der gleichen Gr enordnung wie der Strombedarf des Basisszenarios In Szenario 2 wird der Gesamtw rmebedarf zu 93 durch die BHKW gedeckt Damit liefern sie auch einen Teil des W rmebedarfs zur Warmwasserbereitung Gleichzeitig decken sie mit 770 MWh ca 76 des Strombedarfs Die Solaranlage in Szenario 3 erreicht ein Deckungsanteil von 54 6 des gesamten W rmebedarfs Die AKM wird also teilweise durch den Kessel angetrieben Abbildung 7 22 114 E Strom f r K lte E Strombedarf B W rme f r K lte E W rmebedarf 3000 2500 2000 7 1500 1000 500 1000 1010 1010 0 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 21 W rme und Strombedarf f r Klimaregion IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario 3 4000 E W rme KWK E W rme Solarkollektor 3000 E W rme Kessel E Strom KWK E Strombezug 2500 sS S 2000 1500 1000 500 0 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 22 Energie
57. zur Informationsgewinnung in Entwicklungsl ndern konzentrieren sich auf die Untersuchung der Energieversorgung haupts chlich Elektrifizierung Eine Methodendiskussion findet nicht bzw nicht in ausreichendem Ma statt So werden z B die kulturellen oder politischen Determinanten die bei sozialwissenschaftlichen Erhebungen eine gro e Rolle spielen kaum untersucht und ber cksichtigt Die Frage der Messgenauigkeit sowie die Kosten Nutzen berlegungen sind ebenso nur selten Gegenstand der Untersuchungen Bei der Durchf hrung von Energiebedarfsanalysen stehen neben der H he der Maximalleistung zwei Fragestellungen im Vordergrund Wie ist der zeitliche Verlauf des Energiebedarfs d h Erstellung des Lastganges in einer ausreichend hohen zeitlichen Aufl sung Wie hoch ist der Jahresenergiebedarf insgesamt Beide Fragestellungen besitzen aus energietechnischer und energiewirtschaftlicher Sicht Relevanz f r die Planung Auslegung und Optimierung des Betriebs von energietechnischen Anlagen sowie die Beurteilung von Ma nahmen der rationellen Energieanwendung Speziell bei der Kraft W rme Kopplung KWK bzw Kraft W rme K lte Kopplung KWKK werden zeitlich hochaufgel ste Lastg nge als Grundlage f r Simulations bzw Optimierungsrechnungen ben tigt 4 5 Zusammenfassend l sst sich feststellen dass in den Industriel ndern in den letzten Jahren erhebliche Entwicklungen im Bereich der Informationsgewinnung zur Energienachfrageanaly
58. 0 kWh m X 2 8 3 8 O 38 45 u 45 5 2 D 5 2 5 4 Abbildung 2 2 Verteilung der Solareinstrahlung aus 19 Geothermie wird entwickelt spielt aber noch keine Rolle Die Nutzung der einzelnen Prim renergietr ger ist in Tabelle 2 1 zusammengestellt Menge Anteil j hrliche Wachstumsrate 1987 1999 1987 1993 1999 1987 1993 1999 Roh l 891 7 1426 7 1234 1 90 8 86 2 76 8 2 7 Erdgas 69 6 206 7 356 7 7 1 12 5 22 2 14 6 Festbrennstoffe 4 8 3 6 5 7 0 5 0 2 0 4 1 4 Wasserkraft 13 1 15 3 7 8 1 3 0 9 0 5 4 2 Andere erneuerbare 0 1 0 03 Energien Nicht kommerzielle 3 3 3 1 2 8 0 3 0 2 0 2 1 4 Brennstoffe Summe 982 5 1655 5 1736 1 100 100 100 Tabelle 2 1 Nutzung der Prim renergietr ger im Iran Millionen barrel l mboe 22 In den letzten 10 Jahren 1988 1999 ging der Anteil des Erd ls an den genutzten Endenergietr gern von 90 8 auf 76 8 zur ck w hrend im gleichen Zeitraum der Anteil des Erdgases von 7 1 auf 22 2 stiegen Von 1988 bis 1999 wurden in den Haushalten und im Gewerbe mehr als ein Drittel der gesamten Endenergie verbraucht Damit nahm dieser Sektor den gr ten Teil von allen Sektoren ein Der Endenergieverbrauch f r den Transport betrug ein Viertel des Gesamtverbrauchs Aufgrund der niedrigen Energiepreise verbunden mit Bev lkerungswachstum und Wirtschaftswachstum verdreifachte sich in den letzten 20 Jahren der Energieverbrauch ko
59. 0 40 50 Tabelle 2 7 Preise f r Mineral lprodukte im Iran Rial Liter Subventionen im Energiesektor Im Iran wird Energie an den Endverbraucher zu niedrigeren Preisen verkauft als es die f r Mineral lprodukte bestehenden Grenzpreise sind Die Regierung hat in den letzten Jahren die Preise angehoben trotzdem liegen sie noch weit unter den tats chlichen Kosten Subventionen sind in diesem Fall die Differenz zwischen dem innerhalb des Landes g ltigen Verkaufspreis und dem Importpreis Mineral lprodukte dem Exportpreis Erdgas beziehungsweise den Gestehungskosten Elektrizit t Tabelle 2 8 enth lt die Differenz zwischen den Grenzkosten und den derzeit g ltigen Preisen differenziert nach Verbrauchern und Endenergietr gern Nach dieser Tabelle wurde der Energiesektor 1999 mit 30235 Milliarden Rial subventioniert Die privaten Haushalten erhalten den gr ten Teil der Subventionen ca 40 Von den einzelnen Endenergietr gern werden Elektrizit t mit 41 und Ol mit 24 am st rksten subventioniert Verbrauchssektor Benzin Kerosin Fl ssiggas Heiz l Erdgas Elektrizit t Summe Haushalte 3327 5 591 5 2038 6 6347 5 12305 0 Industrie 5 0 15 7 480 6 1708 0 774 8 2468 3 5452 4 Handel und Gewerbe 10 5 146 9 531 0 469 5 170 7 309 0 1637 6 Landwirtschaft 2 1 55 8 1314 1 18 4 1732 9 3123 4 Verkehr und Transport 1674 3 4283 0 224 9 6182 2 Summe 1691 9 3546 9
60. 0 dm m Kollektor Interner W rme bertrager 0 2 m Glattwandw rme bertrager m Kollektor 0 3 0 4 m Rippenrohr m Kollektor Anhaltswerte zum Entwurf solar unterst tzter W rmeversorgungssysteme Kollektor 1 2 2 5 m MWh j hrlicher Heizw rmebedarf Speicher 2 3 m Wasser m Kollektorfl che Tabelle 6 1 Anhaltswerte zum Entwurf von Solaranlagen in Deutschland 7 81 Abbildung 6 3 zeigt den Zusammenhang von Systemnutzungsgrad W rmepreis und solarem Deckungsanteil f r die Vergr erung von Kollektoranlagen bei konstantem W rmebedarf in diesem Fall Warmwasserbedarf Die gestrichelten Linien gelten f r eine Anlage in Berlin die durchgezogenen Linien f r eine Anlage in Ramsar Nordiran Beide versorgen einen Verbraucher mit einem konstanten Tagesbedarf von 4 m Warmwasser 60 C Die konomischen Parameter f r die Berechnung der W rmepreise entstammen den Vorgaben des Programms Solarthermie 2000 90 Berlin solarer Deckungsantei Ramsar ao 1 N 1 Q fi 611 fi gt oO amp 1 N oO 1 2a fi W rmepreis spez Kosten in cents Euro kWh bzw solarer deckungsanteil u Systemnutzungsgrad in oO 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Nettokollektorfl che in m Abbildung 6 3 Systemnutzungsgrad W rmepreis und solarer Deckungsanteil Vergleich zwischen Berlin und Ramsar f r eine Beispielanlage eigene Berechnung nach den Vo
61. 00 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 19 Energiebereitstellung f r Klimaregion Ill Shiraz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 Kostenbilanz aus der Sicht des Endverbrauchers In allen Alternativszenarien sorgen KKM und K ltenetz f r eine Verringerung der K ltegestehungskosten um mehr als 60 von 90 78 DM MWh auf ca 33 DM MWh Die solaren W rmegestehungskosten in Szenario 1 Solarenergienutzung liegen mit 62 9 DM MWh unter den Mischw rmegestehungskosten von 81 41 DM MWh Die Kapitalr cklaufzeit der Gesamtinvestition ist mit 16 4 Jahren doppelt so lang wie im Basisszenario liegt aber immer noch unter der zu erwartenden Lebensdauer Die wirtschaftliche Betrachtung in Szenario 2 KWK stellt sich f r Shiraz hnlich wie in Ramsar dar Aufgrund hoher bereitzustellender Leistung zur Deckung der Spitzenlast liegen die W rmegestehungskosten sehr hoch Die hohen Stromgestehungskosten resultieren aus den zus tzlichen Investition in die BHKW in Verbindung mit dem f r den Endverbraucher anzusetzenden hohen Gaspreis Die Kapitalr cklaufzeit liegt in keinem Fall unter der zu erwartenden Lebensdauer der einzelnen Anlagen Anders stellt sich die Situation in Szenario 3 dar Die Kapitalr cklaufzeit der Gesamtinvestition betr gt 26 5 Jahre Die Stromgestehungskosten der Photovoltaikanlage fallen zwar mit 257 7 DM MWh sehr hoch aus fallen abe
62. 000 Nahw r Nein Ja Ja Ja menetz K lte Nein Ja Ja Ja netz Tabelle 7 17 Szenarien f r Klimaregion Ill Shiraz 108 Die Solaranlage in Szenario 1 Solarenergienutzung deckt 32 9 des gesamten W rmebedarfs und spart so im Vergleich zum Basisszenario 395 MWh Brennstoff ein Das Klima in Shiraz f hrt dazu dass die monatlich durch die Solaranlage bereitgestellte Energiemenge ber das Jahr vergleichsweise konstant ist In den Sommermonaten Mai bis September besteht ausschlie lich W rmebedarf f r die Warmwasserbereitung der vollst ndig von der Solaranlage gedeckt wird Abbildung 7 18 400 T 300 I Kessel T Solarkollektor o Jan Feb M r Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez MWh 200 100 Abbildung 7 15 Monatliche W rmebereitstellung durch einen Kessel und eine solarthermische Anlage In Szenario 2 liefern die BHKW 70 2 der W rme s Abbildung 7 19 und erzeugen dabei 560 MWh Strom Von diesem Strom werden 116 MWh in das Netz eingespeist der Rest deckt 40 des Eigenstrombedarfs Insgesamt besteht in Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario ein Mehrverbrauch von 738 MWh Erdgas 1100 1000 900 800 mE W rme KWK 700 pa Strom KWK 5 600 W rme gesamt o Q 500 Strom gesamt c 2 K er F 7 1881 lt lt mM o v lt 1411 2351 2821 3291 3761 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 N Lr r Stunden im
63. 179 552 DM 354 201 DM 354 201 DM 354 201 DM Rohgewinn 148 899 DM 267 631 DM 148 899 DM 88 408 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 118 732 DM 0 DM 60 490 DM Gesamtkosten des Verbrauchern 85 622 DM 86 570 DM 205 302 DM 265 792 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 947 DM 119 680 DM 180 170 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 36 45 DM MWh 147 68 DM MWh 204 35 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh Tabelle 7 31 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung und Solarthemie Szenario 3 im Vergleich zum Basisszenario Zusammenfassung Genau wie in Bandar Abbas lohnt sich in Kerman aufgrund des hohen K ltebedarfs eine zentrale K lteversorgung Unter konomischen Gesichtspunkten empfiehlt sich hier die Kombination von BHKW und KKM Eine solar angetriebene AKM bewirkt zwar die deutlichste Reduktion von Gas und Strombedarf l sst sich aber wirtschaftlich in keiner Betrachtungsweise darstellen 7 5 Zusammenfassung Der Iran l sst sich in f nf nat rliche klimatische Gro einheiten unterteilen F r jede dieser Regionen wurde eine Stadt mit typischem Klima identifiziert In jeder dieser St dte wurden 3 4 Versorgungsszenarien f r eine fiktive Siedlung entwickelt und verglichen Die 122 Versorgungsszenarien sahen unter anderem Nutzung von KWK KWKK und Solarenergie vor Sie waren nicht f r jede Region gleich s
64. 2 im Vergleich zum Basisszenario Szenario 3 PV Nutzung Der W rmepreis in Rechenvariante 2 und 3 spiegelt die erh hten Stromgestehungskosten der Photovoltaikanlage wider Da der Strompreis festgelegt ist kann das EVU die Mehrkosten nur mit einer Erh hung des W rmepreises auffangen Obwohl die Stromgestehungskosten der Photovoltaikanlage mehr als das 20fache des Strompreises betragen f llt die erforderliche Erh hung des W rmepreises genauso hoch aus wie bei Szenario 1 und 2 Der Grund ist wieder der kleine Anteil des Solarstromes am Gesamtenergiebedarf 106 Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie im Rohgewinn wie wenn W rme und Basisszenario Kunde die Anlage K ltepreis betreiben w rde Einnahmen gesamt 22 792 DM 75 497 DM 143 115 DM 163 801 DM Einnahmedifferenz 0 DM 52 705 DM 120 323 DM 141 009 DM Ausgaben gesamt 125 574 DM 245 897 DM 245 897 DM 245 897 DM Rohgewinn 102 782 DM 170 400 DM 102 782 DM 82 096 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 67 618 DM 0 DM 20 686 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 75 497 DM 75 497 DM 143 115 DM 163 801 DM Kosten nderung f r den Verbrauchern 0 DM 67 618 DM 88 304 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 25 57 DM MWh 127 09 DM MWh 61 15 DM MWh 127 09 DM MWh 72 03 DM MWh 127 09 DM MWh Tabelle 7 16 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Il Tabriz Nutzung der PV Szenario 3 im Ve
65. 2 5fache des Basisszenarios Beim Einsatz eines BHKW liegen die j hrlichen Verluste aufgrund der hohen Betriebskosten Wartung und Instandsetzung bei mehr als dem 3fachen des Basisszenarios Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU Im Basisszenario verkauft das EVU dem Verbraucher Strom unter anderem zur K lteerzeugung und Gas Da die Stromgestehungskosten des EVU deutlich ber den staatlich festgelegten Preisen liegen muss das EVU f r jede umgesetzte kWh Verluste hinnehmen Das gleiche gilt auch f r den Erdgashandel Das EVU kann seine Verluste nur mindern wenn es als Betreiber auftritt und andere Produkte W rme und K lte anbietet f r die keine staatliche Preisregelung existiert Die Einnahmen f r die Stromlieferung bleiben in jedem Fall gleich Die Einnahmen aus W rme und K lteverkauf dagegen variieren mit den angesetzten Preisen Wenn das EVU die Verdunstungsk hlanlagen betreibt kann es als K ltepreis die Stromgestehungskosten ansetzen Damit verbleibt der W rmepreis als einzige Variable Unter der Vorgabe dass f r den Verbraucher die Gesamtkosten gleich bleiben steigen die j hrlichen Verluste des EVU um 70 obwohl sich die Einnahmen verdreifacht haben Wenn auf der anderen Seite der Rohgewinn des EVU unver ndert bleiben soll steigen die j hrlichen Gesamtkosten f r den Verbraucher auf mehr als das Doppelte Diese Kosten resultieren ausschlie lich aus dem hohen W rmepreis Fast das gleiche Ergebnis wird erzielt wenn
66. 44444022222 HR nenne nnnnnnnnnnnnnnnnne 55 4 4 1 Modellaufbal nn er eenneke nahen lehbrnskiee 56 4 472 PRAXOSOL AUfTbAU nn san an hear een eiti a iaiia 62 4 4 3 Verf gbare Systemkonfigurationen 4444444n0nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 63 4 5 Meteorologische Gr en der Solareinstrahlung 44444444 gt 64 Wirtsch ftlichkeit 02 22 25 425 42 50 ame m reenesihlessgue 68 5 1 Grundlagen und Vergleich energietechnischer Bewertungsverfahren 68 5 2 Verwendete Wirtschaftlichkeitsberechnung 444444444444444HR RR 71 5 2 1 Bilanzierung aus der Sicht eines Endverbrauchers 42224 44 73 5 2 2 Bilanzierung aus der Sicht eines Betreibers 2222222242222200nnnnnnnn nennen 74 5 2 3 Bilanzierung aus der Sicht eines EVU nssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 74 Dimensionierung und Entwurfsregeln uususuesseennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn nn nn nn nn 76 6 1 BHKW Ausleg ng 2222er ree eaire na 76 6 2 Auslegung von K lteanlagen eea 80 6 3 Dimensionierung und Auslegung der Solaranlagen 81 6 4 Speicherdimensionierung 2 4 4 82 6 5 Dimensionierung von Kollektorfeldern und Speichern f r Standorte im Iran menene NESHRREERCTERRE RER E E E RR 84 6 6 Nahw rmesysteme uuuuuussnsssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnsnnnnnnn 86 Energieversorgungskonze
67. 48 neben Beitr gen zur Lastganganalyse Methoden zur Prognose thermischer sowie elektrischer Lasten Die Methoden unterscheiden sich hinsichtlich der zugrunde liegenden Modellstruktur der Anzahl meteorologischer 18 Eingangsgr en der Charakterisierung des Nutzerverhaltens sowie der zeitlichen Aufl sung von Eingangs bzw Ausgangsgr en Die mit den Prognosemodellen erreichte Genauigkeit wird in den Ver ffentlichungen bislang nicht auf einheitlicher Basis in einigen Quellen sogar gar nicht quantifiziert so dass ihre G te nicht immer beurteilt oder vergleichend bewertet werden kann Typtagmethode nach VDI 2067 49 Der grundlegende Gedanke dieser Typtagmethode besteht darin vorhandene Lastg nge typischer Tage eines Jahres auf andere Tage f r die keine Lastg nge vorliegen zu bertragen Die bertragung erfolgt auf Basis der H ufigkeit der typischen Tage in einem Jahr Mit diesem Vorgehen wird ein Jahreslastgang erzeugt der aus wiederkehrenden gleichen Abschnitten besteht Die zeitliche Aufl sung der Lastg nge betr gt eine Stunde Ein wesentlicher Schritt bei der Anwendung der Typtagmethode ist die Identifikation und Auswahl der typischen Tage Mit zunehmender Anzahl typischer Tage steigt die Genauigkeit der Methode im Grenzfall entspricht die Anzahl der typischen Tage der Anzahl der Tage im Jahr und damit der konstruierte dem tats chlichen Jahreslastgang aber auch der Aufwand f r ihre Anwendung Die Identifikation typis
68. 50 m kW Teillastgrenze 20 Speicher 175 m K lte Verdunstungsk hlanlagen Verdunstungsk hlanlagen Verdunstungsk hlanlagen 60 kW 60 kW 60 kW Strom Strombezug aus dem Netz Strombezug aus dem Netz Strombezug aus dem Netz 163 kW 163 kW und Eigenstromerzeugung Nahw rmenetz nein Ja Ja Tabelle 7 7 Szenarien f r Klimaregion Ramsar Die Installation eines Nahw rmenetzes f hrt zu zus tzlichen W rmeverlusten und damit in den beiden Alternativszenarien zu einem etwas h heren W rmebedarf Zus tzlich erh ht sich auch der Strombedarf um den f r den Betrieb der Pumpen Regelung und Armaturen erforderlichen Betrag Abbildung 7 7 Die thermische Solaranlage wurde nach Tabelle 6 2 f r den Gesamtw rmebedarf von 1358 7 MWh a mit 0 5 m MWh a ausgelegt Mit 350 m Kollektorfl che und von 175 m 96 Speichervolumen deckt die Solaranlage 27 3 des Gesamtw rmebedarfs und spart damit j hrlich 3422 MWh Erdgas ein Abbildung 7 5 F r die Erh hung des Deckungsanteils auf 50 werden ber 700 m Kollektorfl che und 700 m Speichervolumen ben tigt Mit den Rahmenbedingungen aus dem Programm Solarthermie 2000 sollte mit 500 m Kollektorfl che und 150 m Speichervolumen der gesamte W rmebedarf gedeckt sein s auch Abbildung 6 3 Der Unterschied resultiert aus den verbraucherabh ngigen Tageslastg ngen Im Vergleich zu den konstanten Tageslastg ngen wie sie in Abbildung 6 3 angenommen wurden f hr
69. 500 E Strom f r K lte 2000 E Strombedarf E W rmebedarf Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 12 W rme und Strombedarf f r Klimaregion II Tabriz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 2500 E W rme KWK E W rme Solarkollektor 2000 E W rme Kessel E Strom PV E Strom KWK E Strombezug 1500 Z z 1000 500 0 Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 13 Energiebereitstellung f r Klimaregion II Tabriz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 104 Kostenbilanz aus der Sicht des Endverbrauchers Im Vergleich zu Ramsar treten f r Szenario 1 Solarenergienutzung deutlich geringere W rmegestehungskosten auf Aber auch in Tabriz sind diese W rmegestehungskosten durch die Solaranlagen dominiert Die Kapitalr cklaufzeit liegt mit 23 Jahren leicht ber der zu erwartenden Lebensdauer der Komponenten Die wirtschaftliche Betrachtung in Szenario 2 KWK stellt sich f r Tabriz hnlich wie in Ramsar dar Aufgrund hoher bereitzustellender Leistung zur Deckung der Spitzenlast liegen die Gestehungskosten von W rme Strom und K lte sehr hoch die Kapitalr cklaufzeit liegt in keinem Fall unter der zu erwartenden Lebensdauer der einzelnen Anlagen Anders stellt sich die Situation in Szenario 3 d
70. 7200 1 2420 9 2984 1 12392 4 30235 4 einschlie lich Subventionen des ffentlichen Bereiches Tabelle 2 8 Subventionen im Energiesektor aufgeteilt nach Verbrauchern und Energietr gern im Iran 1999 Milliarden Rial Eine Analyse der Daten von 1996 und 1999 zeigt payame Energie dass die Verteilung der Subventionen auf Haushalte unterschiedlicher Einkommensgruppen insbesondere Subventionen f r Benzin nicht einheitlich ist Die Streichung dieser Subventionen w rde allerdings erhebliche wirtschaftliche und soziale Auswirkungen haben Sch tzungen liegen bei einer Kostenerh hung von 27 und 34 f r private Haushalte in der Stadt bzw in l ndlichen Regionen 14 Zusammenfassung Der Iran weist neben der f r ein Entwicklungsland typischen regionalen und lokalen Heterogenit t f nf naturr umliche Gro einheiten mit stark voneinander abweichenden Klimabedingungen auf Die Bev lkerung konzentriert sich im Nord und Westteil des Landes und dort vor allem in den St dte allen voran in der Hauptstadt Teheran w hrend die W sten nahezu unbev lkert sind Die Energiewirtschaft im Iran ist staatlich gelenkt und in allen Bereichen stark subventioniert Die Preise sind nicht kostendeckend Neben Roh l hat sich in den letzten 20 Jahren Erdgas als Prim renergietr ger etabliert sein Anteil nimmt weiterhin zu Da die j hrlich f rderbare Menge durch Abkommen innerhalb der OPEC und F rderkapazit t der iran
71. 8 nv im Gesamtenergiekonzept ber cksichtigt siehe Abbildung 4 11 Die Abbildung 4 7 zeigt die allgemeine Energiebilanz einer KWK Anlage mit ea als elektrischer Wirkungsgrad und ns als Sammelwirkungsgrad f r die Nutzw rme bei einem BHKW Abbildung 4 7 Energiebilanz einer KWK Anlage KWK Anlagen werden durch ihren Prim renergiebedarf PE sowie elektrische und thermische Leistung P und Q im Auslegungspunkt charakterisiert Sind die Teillastdaten bekannt wird in GOMBIS bei der Berechnung entsprechend der aktuellen Leistungsanforderung zwischen den Teillaststufen von der Lastuntergrenze bis zur Volllast linear interpoliert K lteanlagen F r die K ltebreitstellung stehen sowohl Kompressionsk ltemaschinen als auch Absorptionsk ltemaschinen zur Verf gung Die K ltebreitstellung ist vor allem in Kraft W rme K lte Konzepten durch Umwandlung der W rme bzw Strom in K lte m glich so dass aus dem K ltebedarf der entsprechende W rmebedarf bzw Strombedarf folgt Die so errechnete W rme bzw der Strom wird dann zum bereits vorhandenen W rme bzw Strombedarf hinzuaddiert Kompressionsk ltemaschine KKM Die Energiebilanz f r die Kompressionsk ltemaschine wie in Abbildung 4 8 dargestellt ist ist gegeben durch 37 KKM KKM 2 Pzu An Qv QR ck 4 29 mit QKM als bereitgestellte K lte P als zugef hrte elektrische Leistung Qin abgef hrte thermische Leistung Qy thermische Leistungsverlust und De a
72. 81 103 1978 86 Wentzlaff G Weiterentwicklung der Berechnungsverfahren f r den Norm W rmebedarf und den Jahresw rmeverbrauch von Heizanlagen Dissertation TU Berlin VDI Verlag D sseldorf 1983 87 Institut Wohnen und Umwelt Leitfaden Energiebewusste Geb udeplanung Hrsg Hessisches Ministerium f r Umwelt Energie und Bundesangelegenheiten 3 Auflage Wiesbaden 1992 88 Albers J W rmetechnische Sanierung im industriellen Wohnungsbau unter spezieller Ber cksichtigung eines solar unterst tzten Heizsystems Diplomarbeit an der TU Berlin Institut f r Energietechnik Berlin 1995 89 Junghans D Einsatzm glichkeiten von Blockheizkraftwerken im Wohnungssektor der Russischen F deration Diplomarbeit an der TU Berlin Institut f r Energietechnik 2001 90 Stolte C Betriebsanalyse und Wirtschaftlichkeit des Energieverbundes K nigstadt Terrassen Untersuchung eines Blockheizkraftwerkes mit Absorptionsk ltemaschine I Diplomarbeit an der TU Berlin Institut f r Energietechnik Berlin 1998 91 Ruppmann H Simulation und Wirtschaftlichkeit eines Kraft W rme K lte Verbundes bei Variation der Fahrweise und der Rahmenbedingungen Diplomarbeit an der TU Berlin Institut f r Energietechnik Berlin 1998 92 DIN V 4757 Teil 1 4 Vornorm Solarthermische Anlagen November 1995 93 DIN 4757 Teile 1 4 Solarthermische Anlagen November 1980 94 VDI 2055 VDI Richtlinien W rme und K lteschutz f r bet
73. 9 35 2 Industrie 21 2 31 1 31 3 Andere 39 3 32 0 33 5 Anzahl der Anschl sse 1000 9338 14128 15875 4 8 Tabelle 2 3 Eckwerte der Stromerzeugung im Iran 1999 verwaltete das Energieministerium insgesamt 25 3 GW Kraftwerksleistung Davon wurden 51 9 in Dampfkraftwerken 37 9 in GUD Kraftwerken 7 9 mit Wasserkraft und der Rest etwa 2 3 in Dieselkraftwerken erzeugt Die Stromerzeugung nahm 1999 im Vergleich zu 1998 um 3 4 zu Insgesamt erzeugten die Kraftwerke im Iran einschlie lich der staatlichen Kraftwerke unter Verwaltung des Energieministeriums und der Kraftwerke der Schwerindustrie 112 TWh Strom Die mittlere j hrliche Wachstumsrate lag von 1990 bis 1999 bei 7 4 2 3 konomischer Hintergrund Das Bruttosozialprodukt betrug 1999 f r 62 8 1998 Millionen Einwohner 6 6 Millionen Rial pro Kopf Preisstand 1999 Umgerechnet auf einen einheitlichen Preisstand stieg das 11 Bruttosozialprodukt innerhalb des zweiten F nf Jahres Planes 1995 1999 j hrlich um 4 7 Tabelle 2 4 enth lt die Zusammensetzung und Entwicklung des Bruttosozialproduktes 1980 1990 1995 1999 Landwirtschaft 18 24 25 25 Industrie Bergbau Baugewerbe 18 17 17 20 Energie 14 12 16 16 Dienstleistungen 52 48 41 39 Summe 9323 1 10664 9 13844 17455 1 Tabelle 2 4 Zusammensetzung und Entwicklung des Bruttosozialproduktes von 1980 bis 1999 in Milliarden Rial Preisst
74. 987 76 Esdorn H und Wentzlaff G Zur Ber cksichtigung der Sonnenstrahlung bei der Berechnung des Jahresw rmeverbrauchs Heizung L ftung Klima Haustechnik Nr 9 S 358 367 1981 77 Hauser G Bauphysik Nr 10 5 43 51 1988 78 DIN 4108 W rmeschutz im Hochbau Teil 1 5 Beuth Verlag GmbH Berlin Ausgabe 1981 79 VDI 2078 Berechnung der K hllast klimatisierter R ume VDI K hllastregel VDI Handbuch L ftungstechnik Beuth Verlag Berlin 1977 80 Heynert P Die W rmeverluste von Geb uden an das Erdreich Dissertation TU Berlin 1990 81 Heynert P Die Ermittlung der W rmeverluste von Souterrain und Keller umen Ein Berechnungsbeispiel Gesundheitsingenieur Nr 5 S 265 268 1991 129 82 M gge G Der W rmeverlust erdber hrter Bauteile Heizung L ftung Klima Haustechnik Nr 10 S 61 62 1993 83 Wiesenberg R Ein Rechenverfahren zur Ermittlung von W rmebedarfswerten f r die Auslegung von Blockheizkraftwerken Diplomarbeit TU Berlin Institut f r Energietechnik 1995 84 W rmeschutzverordnung 95 Verbesserter W rmeschutz als Gemeinschaftsaufgabe mit der neuen W rmeschutzverordnung und der neuen Heizungsanlagen Verordnung Bundesministerium f r Raumordnung Bauwesen und St dtebau Bonn Februar 1995 85 Esdorn H und Brinkmann W Der L ftungsw rmebedarf von Geb uden unter Wind und Auftriebseinfl ssen Ein Vorschlag f r den Entwurf 1978 der DIN 4701 Gesundheitsingenieur 4 S
75. Band 38 Nr 7 8 1986 134 Dobler P Drexler H Fessel E Kress H Kunath M Rettich S Rudolf H Kriterien zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken Elektrizit tswirtschaft Jahrg 85 Heft 11 1986 135 Gro mann U Thermodynamische und wirtschaftliche Bewertung von Blockheizkraftwerken mit nachgeschalteter Absorptionsw rmepumpe in Brennstoff W rme Kraft Band 38 Nr 11 1986 136 Rosteck H Vossen W Energiekosten im Griff Dynamisch Wirtschaftlichkeitsrechnung Voraussetzung f r Systemvergleiche in Zeitschrift Energie Jahrg 33 Nr 4 April 1981 137 Richarts F Die mathematische Modellierung von Jahresdauerlinien ein wichtiges Hilfsmittel zur Optimierung des Energieeinsatzes in Kommunen und ffentlichen Einrichtungen VDI Berichte Nr 1424 1998 138 Kreibich R Rogall H u a Rationelle Energieumwandlung durch dezentrale Kraft W rme Kopplung Einsatz von Blockheizkraftwerken in Berlin Berlin Institut f r Zukunftsstudien und Technologiebewertung IZT 1994 139 R hling K Gassel A Das Modelvorhaben Rationelle Strom W rme und K lteversorgung in einem Krankenhaus im 11 Internationales Sonnenforum Tagungsband Herausgeber Deutsche Gesellschaft f r Solarenergie e V DGS M nchen Solar Promotion GmbH Verlag 1998 140 Gems B Photovoltaische und thermische solare K hlung im Vergleich VDI Fortschrittberichte Nr 85 Reihe 19 W rmetechnik K
76. Betrachtung Simulationssysteme sind spezielle Programmiersprachen zur Behandlung von wissenschaftlichen Problemstellungen wie sie z B beim Einsatz multivalenter Energietechniken auftreten Die Simulationsaufgabe wird ber eine gleichungs oder diagrammorientierte Simulationssprache vollst ndig definiert Anlagenkonfiguration System und Komponentenparameter Zeitschrittweite und die Auswerteparameter sind im Rahmen der Simulationssprache frei w hlbar GOMBIS ist ein Zeitschrittsimulationsprogramm zur Auslegung der Struktur und der H he des Energiebedarfs sowie zur Auslegung verschiedener Anlagenkomponenten Es k nnen 8 GesamtOptimierungsModell auf Basis Integrierter Systemsimulation 7 PRAXisOrintierte Geb udESimulationsprogramm 8 PRAXisOrintierte SOLthermie Simulationsprogramm 29 Systemanalysen durchgef hrt werden Dar ber hinaus lassen sich Wirtschaftlichkeit der Kraft W rme K lte Kopplung und erneuerbarer Energiesysteme im Vergleich zu konventionellen Versorgungsl sungen analysieren 60 Die Simulation erfolgt auf der Basis von Tageslastg ngen des W rme Strom und K ltebedarfs Die Definition des Energiebedarfs kann f r eine beliebige Anzahl von Verbrauchern dargestellt werden F r die Energiebereitstellung stehen Anlagen der Kraft W rme Kopplung KWK Kessel K lteerzeuger Photovoltaik und Solarkollektoren sowie Infrastrukturkomponenten wie Heizzentrale Geb ude und Leitungssysteme zur Verf gung Es k nn
77. Der W rmestrom ergibt sich zu Or kp Af T Tu 4 16 Mit OTF Transmissionsw rmestrom durch das Fenster kr W rmedurchgangskoeffizient des 40 Fensters und Ap Fl che des Fensters Rohbauma Der W rmedurchgangskoeffizient k des Fensters wird entsprechend den Fl chenverh ltnissen aus den k Werten des Rahmens kr dem k Wert des Glases ke und dem Rahmenanteil des Fensters pr ermittelt kp Q R ka tor Kr 4 17 Beim Vorhandensein von z B Roll den kann ein von k abweichender W rmedurchgangskoeffizient kr nacht f r die Nachtperiode ber cksichtigt werden Solare Gewinne durch Fenster Direkte und diffuse Sonnenstrahlung durch Fenster bewirkt im Winter in Abh ngigkeit von Fensterorientierung Bauart und Gr e eine wesentliche Verringerung der Transmissionsw rmeverluste Dies gilt insbesondere bei hochw rmeged mmten H usern 76 77 Wenn Sonnenstrahlen der Intensit t auf Fensterglas treffen wird jeweils ein Teil der Strahlung reflektiert absorbiert und hindurchgelassen l ql rl al 4 18 mit t als Transmissionsfaktor r als Reflexionsfaktor und a als Absorptionsfaktor Der Anteil al der vom Glas absorbiert worden ist wird durch Konvektion an die Luft teils nach innen teils nach au en als Sekund rw rme abgegeben al all a l 4 19 ail Sekund rw rmeanteil nach innen aal Sekund rw rmeanteil nach au en Abbildung 4 3 Schematische Darstellung der strahlungstechnischen Ei
78. Energiegestehungskosten um ein vielfaches ber den heutigen f r den Verbraucher g ltigen Energiepreisen liegen Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen Verzeichnis der Symbole und Abk rzungen 1 Einleitung zu aain ara eaa are eaa ara eaa are eTa eaae aaa aie aa eae aSa aTe AE EEEE 1 1 1 Problemstelling 2 20 m22 2 ee 2 1 2 Zielsezung 22m area ent ee 5 Energieversorgung im Iran ursssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn en 8 2 1 Allgemeiner berblick u ee 8 2 2 Energiewirtschaft im lan ereeekertneikeeienrekmen 9 2 3 konomischer Hintergrund uueeeeeeeneeneeneeneenennnenennennennennnnnnnnnnnennnnnen 11 Methoden der Bedarfsanalyse uuruuuuu4400n0nnnnnn nennen nenn nennen nennen nenn nennen nennen 16 3 1 Berechnungs und Simulationsverfahren 4444444444444HHRR RR gt 16 3 1 1 Dynamische Geb udesimulation 44444444snnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnn 16 3 1 2 Ermittlung der zu installierenden Leistung uumnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenn 17 3 1 3 Ermittlung des Jahresheizw rmebedarfs nenn 17 3 1 4 Methoden zur Lastganggenerierung eneee 18 3 2 Befragungsmethode sesseesseesessssssssssssssssserreterrrssttertterretrereesnn rrene ennet 21 3 3 Typenmelhoden 2 22 0 322222 a E 22 3 3 1 Siedlungstypenmethode ann n seele 22 3 3 2 Geb udetypenmelhod
79. Erhebung und Zuordnung der Geb ude etwaige Besonderheiten Abweichungen und Ausnahmen mit vermerkt werden kann die Genauigkeit dieses Verfahrens gesteigert werden 23 F r die kleinr umige Bestandsaufnahme auch mit heterogener Bebauung sowie f r l ndliche Regionen mit einer berwiegend homogenen Bebauung hat sich diese Methode bew hrt H ufig kommt sie f r Detailuntersuchungen in gr eren Planungszusammenh ngen zur Anwendung Geeignet ist diese Methode ferner f r genauere Prognosen des zuk nftigen W rmebedarfs und des W rmeeinsparpotentials da auch Daten zu kausalen Bestimmungsgr en z B Bausubstanz einflie en und Angaben ber die Ver nderbarkeit durch Neubau Abriss Sanierung D mmung usw gemacht werden k nnen Eine Erfassung des W rmebedarfs bei Neubauplanung ist ber die Ber cksichtigung eines oder mehrerer entsprechender Geb udetypen m glich Schwierigkeiten bereitet oft die konkrete Zuordnung eines realen Geb udes zu einem der entwickelten Typen Durch falsche Zuordnungen entstehen Ungenauigkeiten Die Fl chenangaben sind h ufig schwer erh ltlich oder basieren teilweise auf Sch tzwerten Falls die Bebauungsstruktur im untersuchten Raum sehr ungleichm ig ist steigt der Erhebungsaufwand betr chtlich da weitere Typen gebildet werden m ssen Die Berechnung des spezifischen W rmebedarfs an realen Geb uden zur Festlegung der einzelnen Typen ist sehr aufwendig Deshalb ist eine sehr exakte und repr senta
80. Geb udegrundfl che Tess mittlere Kellerinnentemperatur Try Norn mittlere Au entemperatur Tow Grundwassertemperatur Au enluft und 4 23 4 24 4 25 Zur Berechnung der quivalenten W rmedurchgangskoeffizienten k werden je nach Grundwassertiefe und Tiefe der Kellersohle 4 F lle bei der Berechnung unterschieden Abbildung 4 4 W rmeverluste an das Erdreich 43 hgw SGrundwassertiefe hkgTiefe der Kellersohle Keller im trockenen Erdreich Il kein Keller vorhanden Ill Niveau der Kellersohle gleich dem des Grundwasserspiegels IV Keller tiefer als der Grundwasserspiegel ein Teil der Seitenw nde steht im nassen Erdreich Mit dem zugrundegelegten Verfahren werden monatliche Leistungswerte der W rmeverluste an das Erdreich berechnet die jeweils f r den entsprechenden Monat im Jahr als st ndlicher W rmeverlust in die Energiebilanz des Gesamtmodells eingehen Der vollst ndige Algorithmus zur Berechnung der Erdreichverluste an die Au enluft wird wie folgt beschrieben Ga Kzaan U Pa rais Ty 4 26 Die quivalenten W rmedurchgangskoeffizienten f r die F lle I III und IV wurden 83 entnommen 4 2 4 L ftungsw rmebedarf Mit der erw nschten Reduzierung der maximalen W rmedurchgangskoeffizienten und damit des Transmissionsw rmebedarfs nimmt der Anteil des L ftungsw rmebedarfs am Gesamtw rmebedarf zu 84 Der Luftaustausch eines Geb udes erfolgt durch nat rliche L ftung Fugen und Scha
81. Grundlage von Berechnungen k nnen sehr genaue Prognosen bez glich des technischen Einspar und Umstellpotentials angestellt werden Bei einigen Berechnungsverfahren kann das Nutzerverhalten ber die typischen auf Messdaten basierten Tageslastg nge oder Korrekturfaktoren mitber cksichtigt werden Nachteilig wirkt sich bei diesen Verfahren vor allem die hohe Kosten und Arbeitsintensit t im Vergleich zu den anderen Verfahren aus Allein der Aufwand zur Beschaffung der Daten ist gro Je weniger Datenmaterial bereits im Vorfeld zu erlangen ist desto teurer wird die gesamte Durchf hrung dieser Methode Die Aktualit t der vorliegenden Daten muss berpr ft werden Nicht genehmigungspflichtige bauliche Ver nderungen m ssen in jedem Einzelfall am 20 konkreten Objekt festgestellt und aufgenommen werden Bei genehmigungspflichtigen Ver nderungen bleibt die Schwierigkeit die Angaben ber die Ver nderungen mit den jeweiligen Baupl nen zu verkn pfen Eine rationelle Fortschreibung dieser einmal erhobenen Datengrundlagen ist deswegen auch nicht m glich Bei bestimmten Aspekten ist weiterhin einige Erfahrung in der Praxis als Ingenieur von N ten Das Hauptanwendungsgebiet solcher Methoden liegt in der konkreten Planungsphase einiger weniger Geb uden sowie bei der Berechnung der Grundlagen f r andere Methoden 3 2 Befragungsmethode Befragungen lassen sich nach zwei Gesichtspunkten unterscheiden einerseits nach der r umlichen Aufteilung
82. I E 5 5 gt G lt H AMJJASONDJFM AMJJASONDJFM Zeit Zeit Abbildung 6 4 Darstellung der Bestimmung des minimalen saisonalen W rmespeicherungs bedarfs mit Hilfe der Energiesummenlinie 158 Der Einfluss der zeitlichen Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage auf die Speichergr e wird bei beiden betrachteten Energiequellen deutlich Der Bedarf also die Nachfrage ist in beiden F llen identisch Bei einer konstanten W rmequelle als W rmelieferant ist die Speicherkapazit t fast um die H lfte kleiner als im betrachteten Fall der Versorgung mit Solarenenergie Diese berschl gigen Methoden sind nur f r eine erste grobe Betrachtung geeignet F r die genaue Dimensionierung ist die Simulierung des zu betrachteten Energiesystems notwendig So wird in dieser Arbeit die Methode der Energiesummenlinie zur groben Speicherdimensionierung verwendet Zus tzlich wird mit bekanntem Energiebedarf und festgelegten Kollektorgr e die minimale Speichergro e iterativ berechnet 83 6 5 Dimensionierung von Kollektorfeldern und Speichern f r Standorte im Iran Bisher existieren f r Klimaregionen wie sie im Iran auftreten keine Dimensionierungsempfehlungen f r Solaranlagen Um solche Empfehlungen zu entwickeln wurde das gleiche Objekt eine Siedlung aus Mehrfamilienh usern mit insgesamt 400 Wohnungen siehe Abschnitt 7 2 in den f nf Klimaregionen betrachtet W hrend der W rmebedarf f r die
83. IN kommt aufgrund einiger modifizierter Rechenverfahren zu niedrigeren Heizleistungen als die bis dahin g ltige So wird beispielsweise die Speicherf higkeit der Bausubstanz mitber cksichtigt Dies f hrt meist zu einer Erh hung der Normau entemperatur und damit zu einem geringeren Norm Geb udew rmebedarf sowie einer Reduzierung der erforderlichen Heizleistung Zur Berechnung des Norm Geb udew rmebedarfs werden zun chst der Norm Transmissionsw rmebedarf und der Norm L ftungsw rmebedarf f r jeden Raum einzeln ermittelt Der Norm Geb udew rmebedarf setzt sich dann aus beiden Teilen zusammen Eine genauere Erl uterung der Berechnung ist in der DIN selbst oder erg nzend in Recknagel amp Sprenger 37 und Ihle 38 enthalten AIV Methode 39 F r berschl gige Rechnungen kann der maximale W rmebedarf auch nach der A V Methode deren entscheidende Gr en das Oberfl chen Volumenverh ltnis A V sowie ein durchschnittlicher k Wert sind festgestellt werden 37 3 1 3 Ermittlung des Jahresheizw rmebedarfs Wenn die f r die Beantwortung der genannten Fragestellungen zur Verf gung stehende Datenbasis kein ganzes Jahr umfasst m ssen Methoden eingesetzt werden mit deren Hilfe die beispielsweise im Rahmen einer kurzzeitigen Messung erfasste Datenbasis auf ein Jahr projiziert werden kann F r die Projektion wird sinnvollerweise ein Zusammenhang zwischen dem Energiebedarf und seinen Bestimmungsfaktoren z B Au ent
84. Jah Abbildung 7 16 W rme und Stromerzeugung durch BHKW In Szenario 3 erzeugt die Photovoltaikanlage mit 1110 m 1000 Module a 1 11 m Nennleistung je Modul 120 W 333 8 MWh elektrische Energie und deckt damit 256 MWh 24 2 des Eigenstrombedarfs Die verbleibenden 77 8 MWh werden ins Netz eingespeist Die monatliche Strombereitstellung durch die PV Anlage ist in Abbildung 7 17 dargestellt 109 1507 E Netzspeisung PV 1007 MWh 507 gt Jan Feb M Abbildung 7 17 Monatliche Strombereitstellung durch PV Anlage E Fremdbezug E Eigenbedarf PV r Apr M ai Tan Jul er Een Okt ov De Der deutlichste Unterschied zwischen Alternativszenarien und Basisszenario liegt im Strombedarf Durch die Installation von KKM und K ltenetz wird der Strombedarf f r K lte um ein Zehntel reduziert Abbildung 7 18 Damit vermindert sich der Gesamtstrombedarf auf ca 2 3 des urspr nglichen Wertes E Strom f r K lte E Strombedarf E W rmebedarf MWh a Basis 1 2 3 Basis 1 2 3 Szenario Abbildung 7 18 W rme und Strombedarf f r Klimaregion Ill Shiraz Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWK Szenario 2 und Nutzung der PV Szenario 3 110 1800 E W rme KWK E W rme Solarkollektor E W rme Kessel E Strom PV E Strom KWK E Strombezug 1600 1400 1200 1000 MWh a 800 600 400 2
85. Kopf Energiebedarf in kWh Jahr armwasser Heizw rme Warmwasser Heizw rme is o 2 E zZ E Ir z Warmwasser Heizw rme Warmwasser Heizw rme Ramsar Tabriz Shiraz Bandar Abbas Kerman Abbildung 7 3 J hrlicher Pro Kopf Energiebedarf in f nf repr sentativen St dten im Iran 92 7 3 Kosten Leistungsabh ngige Kosten Die leistungsabh ngigen Kosten setzen sich aus den kapitalgebundenen Kosten sowie den festen Betriebskosten die f r Bedienung und Instandhaltung anfallen zusammen Die festen Betriebskosten sind unabh ngig von der Laufzeit und Auslastung der Anlage Sie werden in Prozent pro Jahr bezogen auf die Investitionssumme abgesch tzt Eine exakte Ermittlung der Investitionskosten ist nur ber detaillierte Angebote unter Ber cksichtigung der anlagenspezifischen Randbedingungen m glich F r berschl gige vergleichende Betrachtungen wie sie im Rahmen dieser Arbeit durchgef hrt werden kann auf spezifische Preisangaben zur ckgegriffen werden Dabei erweist sich eine Unterteilung nach folgenden Komponentengruppen sinnvoll Kesselanlagen Kessel einschlie lich Feuerung und aller zum Betrieb erforderlichen Einrichtungen BHKW Anlagen BHKW Aggregate mit allen zum Betrieb erforderlichen Zusatzkomponenten Solarfeld Kollektorfelder inkl Montage und Verrohrung ohne Planung PV Feld PV Module inkl Montage und Montagematerial Wechselrichter Akku Schaltschrank K lteanlage Absorptions b
86. MBIS f r die betreffende Stunde zu welcher Jahreszeit und zu welchem Tagestyp Werktag oder Wochenende sie geh rt und ob dieser Tag zu den tr ben oder heiteren zu z hlen ist Mit diesen Informationen kann die Bedarfssimulation f r jede Stunde die simuliert wird unter den insgesamt 16 Tagesg ngen den zutreffenden ausw hlen Innerhalb der Simulation werden die Tagesg nge auf zwei Arten behandelt Mit den Stundenwerten in ihrer gegebenen H he Absolutwerte dies ist dann der Fall wenn neben den Tagesg ngen keine weiteren Informationen vorliegen Als Lastlinienverlauf der f r die Aufteilung eines vorgegebenen Summenbedarfs auf die einzelnen Stunden dient wenn Tagessummenwerte oder Monatsverbrauchsdaten zur Verf gung stehen In diesem Normiert Modus zeigt GOMBIS die Stundenwerte als relative Werte bezogen auf die Tagessumme 1 an In diesem Darstellungsmodus kann die Tagessumme manuell editiert werden Diese Option erlaubt es typische Norm Tagesgangverl ufe die f r bestimmte Verbrauchertypen charakteristisch sind einzu setzen und mit Hilfe der Tagessumme an die jeweilige konkrete Situation z B den gemessenen oder vermuteten Tages Gesamtbedarf anzupassen 4 2 Berechnungsverfahren nach dem Ein Kapazit ten Modell Das Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES ist nach dem Ein Kapazit ten Modell entwickelt und besteht aus zwei Teilen zum einen werden mit Hilfe des entwickelten quasistation ren Simulationsmodells Tagessu
87. Methodische Ans tze zur Erstellung dezentraler multivalenter Energieversorgungskonzepte f r Siedlungen im Iran von Dipl Ing Ali Saadat Dem Fachbereich 3 Prozesswissenschaften der Technischen Universit t Berlin zur Erlangung des akademischen Grades DOKTOR INGENIEUR Vorgelegte Dissertation Promotionsausschuss Vorsitzender Prof Dr Ing G Wozny Berichter Prof Dr Ing Prof e h G Tsatsaronis Berichter Prof Dr Ing Dr h c G Bartsch Tag der wissenschaftlichen Aussprache 10 04 2003 Berlin 2003 D 83 Vorwort Die vorliegende Arbeit wurde zwischen 1994 und 2000 am Institut f r Energietechnik der Technischen Universit t Berlin angefertigt Mein besonderes Dank gilt Herrn Prof Dr Ing Prof e h G Tsatsaronis f r die M glichkeit zur Durchf hrung dieser Arbeit und die wertvollen Ratschl ge und Hinweise Weiter danke ich sehr herzlich Herrn Prof Dr Ing Dr h c G Bartsch f r seine fachliche und pers nliche Unterst tzung f r das Interesse an meiner Arbeit und f r die bernahme des Korreferats Herrn Prof Dr Ing G Wozny danke ich f r die bernahme des Pr fungsvorsitzes Ebenfalls zu gro en Dank verpflichtet bin ich Herrn G Korb sowie Frau S K hler Beide standen mir als Kollege und Freund zur Seite und erm glichten durch Ihre hilfsbereite und fachlich fundierte Art eine Zusammenarbeit aufzubauen die in jeder Art und Weise w nschenswert ist Weiterhin waren mir die Mita
88. OL f r die Betriebsanalyse und Wirtschaftlichkeitsuntersuchung eines Kraft W rme K lteverbundes 90 91 und komplexe Planungsaufgaben wie die energetische Sanierung von Plattenbauten in Moskau 89 verwendet Insbesondere das letzte Projekt wurde durch praktische Messungen an den Objekten begleitet und f hrte zur praktischen Umsetzung des mit dem Programmpaket entwickelten Energiekonzeptes 53 4 3 2 Arbeitsablauf in GOMBIS Die Arbeit mit GOMBIS kann in f nf Schritte gegliedert werden 1 Definition Verbraucher 2 Definition Anlagen n ES re an na Fam han mel Oo Bein E i u gt 3 Festlegung der Szenarien v oo D fenes z In BE D re BORS me zZ lt 4 Simulation 5 Auswertung Verbrauchertypen lnl Abbildung 4 12 Arbeitsablauf in GOMBIS Ausgehend von Energiebedarfsdaten eines oder mehrerer zu versorgender Objekte ermittelt GOMBIS f r eine bestimmte vorgegebene Energiebereitstellungskonfiguration wie z B f r eine BHKW Spitzenkesselanlage oder f r die Kombination Kessel und Solarkollektor die Energiebilanz und berechnet deren Wirtschaftlichkeit Im ersten Arbeitsschritt werden die Energiebedarfsdaten f r die in Frage kommenden Verbraucher erfasst Die Energienachfrage kann mit den verf gbaren Verbrauchertypen und der Datenlage entsprechend abgebildet werden Als zweiter Arbeitsschritt folgt die Festlegung aller Energieumwandlungsanlagen
89. Raumheizung ist vor allem von der Au entemperatur der Sonneneinstrahlung und dem Wind von der Bauweise des Versorgungsobjektes sowie von den Komfortanspr chen und Gewohnheiten der Benutzer abh ngig Im Bereich der Raumw rme l sst sich der W rme bzw K ltebedarf durch Simulation relativ sicher bestimmen 89 Dies gilt jedoch nicht f r den Warmwasserbedarf der sich der Simulationstechnik entzieht Hier ist man auf Messungen oder Erfahrungswerte angewiesen Die Bildung eines fiktiven Charakters in dieser Arbeit ist in sofern notwendig da keine konkreten Versorgungsobjekte mit den entsprechenden Basisdaten vorhanden sind Bei den einzelnen Bedarfsarten werden unterschiedliche jahres und tageszeitliche Verl ufe angesetzt wobei jeweils eine Unterteilung nach Werktagen und Wochenenden getroffen wird Da im Iran wie schon in Kapitel 2 1 erw hnt unterschiedliche klimatische Bedingungen herrschen werden f r die bestimmten Gebiete typische Charakteristika ermittelt 7 1 Gebiets und Siedlungsauswahl Insgesamt werden f nf St dte ber cksichtigt die je eine der naturr umlichen Gro einheiten s 2 1 repr sentieren Die St dte geben im gro en und ganzen die Rahmenbedingungen der genannten Gro einheiten wieder Ramsar Il Tabriz Il Shiraz Ill Bandar Abbas IV und Kerman V L ndliche Gebiete werden nicht betrachtet In den letzten 20 Jahre wurden in Ballungsgebieten verst rkt Hochh user und gro e Zeilenbauten hnlich
90. Sommermonaten Mai bis September Die Spitzenleistung f r den Gesamtw rmebedarf betr gt 955 kW die Vollaststundenzahl liegt damit bei 1151 h im Jahr Im K ltebedarf wird eine Spitzenleistung von 367 kW und 1355 Vollaststunden erreicht 1000 7 Leistungsbedarf in kW 471 941 4231 4701 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 e N M 1411 1881 2351 2821 3291 x D Stunden im Jahr Abbildung 7 23 Geordnete Jahresdauerlinien f r Energiebedarf in Kerman In Kerman wurden die gleichen Szenarien gew hlt wie in Bandar Abbas Lediglich in Szenario 2 wurde die AKM durch eine KKM ausgetauscht In Kerman besteht Heizw rmebedarf sowie ganzj hriger Warmwasserbedarf so dass die vom BHKW erzeugte W rme direkt genutzt werden kann Die Dimensionierung der einzelnen Komponenten erfolgte nach Tabelle 6 2 f r die Solaranlagen und Kapitel 6 Die Solaranlage in Szenario 1 wurde mit 0 27 m MWh Jahr sehr knapp dimensioniert Beide Szenarien mit Solaranlage enthalten einen saisonalen W rmespeicher Die Eckwerte der Szenarien sind in Tabelle 7 27 dargestellt Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Heizkessel 1000 kW Heizkessel 1310kW Heizkessel 1310kW Heizkessel 1310kW Solaranlage BHKW 206 kWa Solaranlage W rme Flachkollektoren 300 333 kW Flachkollektoren m Speicher 225m Teillastgrenze 20 1000 m Speicher 2600 m Verdunstungsk hl Kompressionsk lte Kompressionsk lte Absorptio
91. V Anlage erzielte Stromgutschrift wird nicht der W rmebereitstellung zugerechnet sondern getrennt ausgewiesen Solarkollektoranlagen z hlen zu den W rmebereitstellungsanlagen und werden in die Berechnung der W rmegestehungskosten einbezogen Gesamtenergiekosten Die j hrlichen anfallenden Kosten des Nutzenergiebedarfs setzen sich f r den Endverbraucher aus den Kosten der W rmebereitstellung incl KWK den Kosten der K ltebereitstellung den Kosten der reinen Stromerzeugung PV Anlage und den Strombezugskosten zusammen Davon abgezogen wird die Verg tung f r eingespeisten Strom aus KWK 73 5 2 2 Bilanzierung aus der Sicht eines Betreibers Die Betreiberbilanz erg nzt die Gestehungskostenberechnung indem sie die Wirtschaftlichkeit der Versorgungsszenarien vom Standpunkt eines externen Dienstleisters darstellt der die Energiezentrale f r den Energieverbraucher betreibt Dieser Dienstleister liefert seinen Verbrauchern vorrangig W rme und K lte gegebenenfalls auch Strom Von den Vorlieferanten bezieht er Strom und Brennstoff Je nach dem rtlichen Strombedarf bzw der KWK Auslegung speist er zeitversetzt Strom in das Netz zur ck Die Betreiberbilanz greift auf Ergebnisse der Gestehungskostenberechnung zur ck und erg nzt sie um Kostenberechnungen die sich aus der Betreiberrolle ergeben Aus der Gestehungskostenberechnung werden bernommen kapitalgebundene Kosten betriebsgebundene Kosten verbrauchsgebundene Kosten sonstig
92. Varianten um eine solar angetriebene AKM Hier ist die thermische Solaranlage gleichzeitig f r die W rme und K ltebereitstellung zust ndig und dementsprechend gr er dimensioniert Die W rme wird in einem saisonalen Speicher zwischengespeichert Die Eckwerte sind in Tabelle 7 22 zusammengefasst Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Heizkessel 180 kW Heizkessel 130kW Heizkessel 195kW Heizkessel 195kW Solaranlage 2XBHKW 199 kWa Solaranlage W rme Flachkollektoren 210 266 kWp Flachkollektoren 1000 m Speicher 30 m Teillastgrenze 20 m Speicher 1750 m Verdunstungsk hl Kompressionsk lte Absorptionsk lte Absorptionsk lte K lte anlagen 500kW maschine 533 maschine 500 maschine 500 kW k tte 103 2 KWa kW k tte 715 KWin kW k tte 715 KWin Strombezug aus dem Strombezug aus dem Strombezug aus dem Strombezug aus dem St Netz Netz Netz und Netz rom Eigenstromerzeu gung durch BHKW Nahw rme Nein Ja Ja Ja netz K ltenetz Nein Ja Ja Ja Tabelle 7 22 Szenarien f r Klimaregion IV Bandar Abbas In Szenario 1 erreicht die Solaranlage einen solaren Deckungsanteil des Gesamtw rmebedarfs von 81 6 Dadurch kommt der als Spitzenkessel genutzte Heizkessel nur auf eine j hrliche Vollaststundenzahl von 506 Stunden Die im Basisszenario verwendeten Verdunstungsk hlanlagen f hren bei dem hohen K ltebedarf und nicht zuletzt wegen ihrer schlechten Leistungszahl
93. Vergleich zum Basisszenario Szenario 2 KWK Die Preisentwicklung f r den Kunden stellt sich hnlich wie bei Solarenergienutzung dar Allerdings besteht noch eine deutliche Differenz zwischen Rechenvariante 2 und 3 Ein Nutzer der ein BHKW selber betreibt w rde bei konstanten Strom und K ltepreisen auf W rmegestehungskosten von 85 23 DM MWh kommen w hrend das EVU nur bei 55 21 DM MWh liegt Der Grund sind die unterschiedlichen Gastarife die f r das EVU deutlich g nstiger gestaltet sind s Tabelle 7 6 Es lohnt sich also f r einen Nutzer nicht selber ein BHKW zu betreiben Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie im Rohgewinn wie wenn W rme und Basisszenario Nutzer die Anlage K ltepreis betreiben w rde Einnahmen gesamt 22 792 DM 75 497 DM 131 833 DM 188 885 DM Einnahmedifferenz 0 DM 52 705 DM 109 041 DM 166 093 DM Ausgaben gesamt 125 574 DM 234 614 DM 234 614 DM 234 614 DM Rohgewinn 102 782 DM 159 117 DM 102 782 DM 45 729 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 56 336 DM 0 DM 57 052 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 75 497 DM 75 497 DM 131 833 DM 188 885 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 56 336 DM 113 388 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 25 57 DM MWh 55 21 DM MWh 85 23 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 127 09 DM MWh 127 09 DM MWh 127 09 DM MWh Tabelle 7 15 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region II Tabriz Nutzung der KWK Szenario
94. Verwendung eines Zwei Leiter Netzes 86 Ein Drei Leiter System besteht aus drei Rohrsystemen wobei eine Rohrleitung je nach Bedarf als Hin oder R ckleitung genutzt wird Dies hat zum einen den Vorteil eine Rohrleitung einzusparen ist anderseits aber regelungstechnisch aufwendiger vgl 159 Ein Zwei Leiter System besitzt jeweils einen gemeinsamen Vor und R cklauf f r die Heizwasser bzw Trinkwasserversorgung Die Erw rmung des Trinkwassers erfolgt dezentral in den Geb uden ber einen W rme bertrager Vorteilig an einem Zwei Leiter System sind auch die durch die halbe Rohrl nge geringeren Netzverluste Dagegen muss das Zwei Leiter System ganzj hrig mit einer relativ hohen Mindesttemperatur betrieben werden um die Warmwasserbereitung zu gew hrleisten Meli et al 160 untersuchten die verschiedenen Netzvarianten mittels eine dynamischen Simulationsprogramms TRNSYS Sie kommen zu der Schlussfolgerung dass eine generelle bertragbarkeit der obigen Vergleiche auf Nahw rmenetze nicht m glich ist da die Rahmenbedingungen wie z B dezentrale Speicherm glichkeiten Platzbedarf W rmebedarf hydraulische Gegebenheiten und insbesondere das Nutzerprofil ber cksichtigt werden m ssen Trotzdem zeigt die Studie die Tendenz dass der Einsatz eines Zwei Leiter Netzes sowohl wirtschaftlich als auch energetisch vorteilhafter ist Ein Zwei Leiter System findet sich eher in einem Versorgungsgebiet mit gr eren Versorgungseinheite
95. WK Nutzung Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 20 855 DM 62 335 DM 113 869 DM 161 097 DM Einnahmedifferenz 0 DM 41 480 DM 93 014 DM 140 242 DM Ausgaben gesamt 117 579 DM 210 594 DM 210 594 DM 210 594 DM Rohgewinn 96 725 DM 148 259 DM 96 725 DM 49 497 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 51 535 DM 0 DM 47 228 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 62 335 DM 62 335 DM 113 869 DM 161 097 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 51 535 DM 98 763 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 29 87 DM MWh 68 95 DM MWh 104 77 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 117 52 DM MWh 117 52 DM MWh 117 52 DM MWh Tabelle 7 11 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ramsar KWK Nutzung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario Die staatliche Tarifpolitik im Iran f hrt dazu dass die Energie nicht kostendeckend erzeugt werden kann Die Verluste verbleiben zur Zeit bei den Energieversorgungsunternehmen Wenn die EVU Blockheizkraftwerke mit wiederum subventioniertem Erdgas betrieben und einsetzt k nnten sie die Verluste verringern Eine andere M glichkeit ist die Weitergabe der Kosten an die Verbraucher durch W rme und K lteverkauf Zusammenfassung Der Tageslastgang des W rmebedarfs hat eine gro en Einfluss auf die Dimensionierung der thermischen Solaranlagen Unt
96. ach noch einmal berflogen Die Daten sind dementsprechend aktuell Typen m ssen kontrolliert und eventuell nachgebessert werden Schwierigkeiten bereitet die geographische Eingrenzung der Siedlungszellen im Zusammenhang mit den Grenzen anderer Quellen wie Kehrbezirksdateien EVU Statistiken 22 oder Statistiken der Hochbau mter Stimmen die Grenzen nicht berein wird es schwierig die Datenquellen zusammenzuf hren und so den einzelnen Zellen weitere Angaben zuzuordnen Die Genauigkeit dieser Methode h ngt stark von einer m glichst genauen Definition der Siedlungstypen und einer eindeutigen Zuordnung ab So bleibt die Schwierigkeit die Planzellen korrekt einem bestimmten Typen zuzuordnen wenn sie in bestimmten Punkten von den festgelegten Merkmalen abweichen sollten Die Genauigkeit ist damit zwar nicht optimal aber im Rahmen der Anforderungen trotzdem zufriedenstellend In innerst dtischen Mischbezirken Gewerbe und Wohnsiedlung l sst die Genauigkeit dieser Methode stark nach da der W rmebedarf hier weniger baustrukturellen oder bauphysikalischen Einfl ssen unterworfen ist sondern zu einem gro en Teil durch nutzungsspezielle Prozessw rme und den L ftungsw rmebedarf des Gewerbes gepr gt ist Einzelne Fehler und Abweichungen gleichen sich f r das gesamte Planungsgebiet durch die st rkere baustrukturelle Mischung in den Siedlungstypen wieder aus Das Siedlungstypenverfahren ist prognosef hig So k nnen f r den zu planenden Z
97. agen werden Jahresdauerlinien f r die Dimensionierung von Blockheizkraftwerken genutzt Zum Beispiel werden zur Deckung der W rmelast mehrere BHKW Module und ein Spitzenkessel eingesetzt Durch den modularen Aufbau erfolgt eine Ann herung an die Jahresdauerlinie Durch einen alternierenden Betrieb l sst sich f r eine bestimmte Aggregatzahl eine mittlere Laufzeit errechnen die den Vollbenutzungsstunden der Motorenanlage entspricht Aus Gr nden der Wirtschaftlichkeit wird in Deutschland eine Vollbenutzungsstundenzahl von ber 4000 h a empfohlen 138 Da jedoch solche Regeln an die Voraussetzungen der betriebswirtschaftlichen Berechnungen gekn pft sind gibt es die grunds tzliche Frage ob solche Regeln in den Entwicklungsl ndern unter den dort angetroffenen Voraussetzungen auch gelten 76 Voraussetzung f r den wirtschaftlichen Einsatz der KWK Technologie ist die auf den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs W rme und Strom abgestimmte Dimensionierung der Anlage Unter Dimensionierung ist die Anzahl der Module und deren Leistung zu verstehen Die energetisch optimale Auslegung der Anlagen ist jedoch die Voraussetzung f r bessere Wirtschaftlichkeit Daher wird in Folgendem ein mathematisches Modell vorgestellt das den Verlauf der Jahresdauerlinie quantitativ abbildet einfach aufgebaut ist und die Parameter der Regressionsgleichung unmittelbar aus dem grafischen Verlauf einer gemessenen bzw gerechneten Dauerlinie bestimmt werden ka
98. ahl bei Kompressionsk ltemaschinen ist bei Absorptionsk ltemaschinen das W rmeverh ltnis A AKM Q AKM K KK 4 38 Q 4 38 Wie beim Kompressionsprozess kann auch beim Absorptionsprozess zus tzlich zur K lte auch die W rmeabgabe sinnvoll genutzt werden Die maximale W rmeabgabe bei der Absorptionsk ltemaschine bezogen auf Q ist Do ee 4 39 Unter Ber cksichtigung eines W rmer ckgewinnungswirkungsgrades n 4 wird die W rmer ckgewinnung wie folgt bestimmt AKM Q AKM Okie RAR QH MeeR 4 40 Wie bei der KKM werden unter Ber cksichtigung eines W rmer ckgewinnungswirkungsgrades die m gliche W rmer ckgewinnung bestimmt und vom aktuellen Gesamtw rmebedarf abgezogen Auf Grundlage des K ltebedarfs der aktuellen Stunde Q und Wirkungsgrad des Verteilernetzes 7 wird die erforderliche Heizleistung Q4 errechnet und zum bereits vorhan denen W rmebedarf addiert K lteanlagen werden in GOMBIS durch die zugef hrte Leistung die K lteleistung und eine Leistungszahl beschrieben Von diesen drei Werten m ssen mindestens zwei eingegeben werden Zus tzlich k nnen Verluste Verlustfaktor a und W rmer ckgewinnung sowie das Teillastverhalten ber cksichtigt werden 51 Photovoltaikanlagen Das Verh ltnis der von dem Solargenerator abgegebenen Leistung Pges zur einfallenden Solareinstrahlung auf die geneigte EbeneG wird als Wirkungsgrad py einer Photovoltaikanlage bezeichnet Vereinfacht l sst sich der Wir
99. al wenn die Verbraucher einen Komfortverlust akzeptierten und auf den Spitzenkessel verzichteten Szenario 2 und 3 sind beide nicht wirtschaftlich Die K ltegestehungskosten der AKM sind h her als die K ltegestehungskosten der KKM im Szenario1 Insgesamt zeigen die Kapitalr cklaufzeiten von 32 7 Jahren Szenario 3 bzw 60 4 Jahren Szenario 2 dass die Kombination von AKM und Solaranlage gegen ber der KWKK zu bevorzugen ist Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ausgaben gesamt 47 412 DM 21 777 DM 98 461 DM 38 881 DM Einnahmen gesamt 88 855 DM 88 850 DM 118 879 DM 88 855 DM gesamte Kosten der Energiebereitstellung 105 450 DM 101 985 DM 243 314 DM 250 091 DM W rmegestehungskosten von 341 26 MWh f r Szenario 1 30 23 DM MWh 171 65 DM MWh 75 15 DM MWh 77 53 DM MWh 2 574 18 MWh f r Szenarien 2 und 3 K ltegestehungskosten von 1 251 00MWh 62 78 DM MWh 21 45 DM MWh 60 73 DM MWh 165 50 DM MWh Stromgestehungskosten 97 04 DM MWh Wert des eigenerzeugten KWK Stromes 16 54 DM MWh bzw PV Stroms Solarw rmegestehungskosten 55 26 DM MWh 95 36 DM MWh Kapitalr cklaufzeit 78a 60 4 a 32 7a Amortisationszeit 16 12 a gt 100 a gt 100 a Tabelle 7 23 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Solarenergienutzung f r W rme Szenario 1 KWK Szenario 2 und Solarenergienutzung f r W rme und K lte Szenario 3 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU Bei der Betrachtung aus der
100. ale Speicher ausgelegt Sie sind jeweils so gro gew hlt dass die obere Speichertemperatur von 95 C zu keiner Zeit berschritten wird Zur Veranschaulichung sind die Ergebnisse f r den Standort Ramsar in Abbildung 6 5 dargestellt Mit zunehmende Kollektorfl che steigen sowohl solarer Deckungsanteil als auch spezifisches Speichervolumen Der Deckungsanteil n hert sich einem Grenzwert der in Ramsar bei 50 liegt Dieser Wert wird als obere Grenze in Tabelle 6 2 ber cksichtigt Das spezifische Speichervolumen steigt ab 400 m Kollektorfl che berproportional an w hrend der solare Deckungsanteil nur noch geringen Zuwachs verzeichnet Die untere empfohlene Grenze wird so gew hlt dass der solare Deckungsanteil mindestens 20 betr gt Erreicht schon die Anlage mit 50 m Kollektorfl che einen h heren solaren Deckungsanteil so wird diese Gr e als untere Grenze eingesetzt Wenn das spezifische Speichervolumen noch nicht in dem Bereich der exponentiellen Steigung liegt wird ein h herer solarer Deckungsanteil zugelassen In Ramsar sind dies 25 84 35 3500 2 30 3000 325 2500 je F 2 20 2000 5 15 1500 a 5 10 1000 5 70 85 500 0 0 0 100 200 300 400 500 600 Kollektorfl che in m Abbildung 6 5 Dimensionierung der Solaranlage f r Region Ramsar F r die anderen Standorte sehen die Kurven qualitativ gleich aus allerdings weichen die Zahlenwerte teilweise stark ab Fo
101. and 1992 l war von 1960 bis 1990 nicht nur die dominierende einheimische Energiequelle sondern sicherte auch das Einkommen durch Exportg ter und den berschuss in der Finanzwirtschaft In der Vergangenheit variierte die j hrliche Roh lproduktion stark von einer Maximalproduktion mit 6 mboe d in 1974 st rzte sie auf 1 3 mboe d ab danach nahm sie innerhalb des zweiten F nf Jahres Planes wieder zu bis auf 3 1 mboe d Die H he der j hrlichen Produktion wird inzwischen nicht mehr durch technische Fragestellungen limitiert sondern durch die innerhalb der OPEC festgelegten Quoten Damit wird zumindest in der derzeitigen Situation die Menge des Roh ls das j hrlich exportiert werden kann durch den lokalen Verbrauch bestimmt Die Verminderung des Verbrauchs innerhalb des Landes z B durch Energieeinsparung und Verwendung von Ersatzbrennstoffen nimmt daher eine zentrale Stellung innerhalb der nationalen Energiepolitik ein Vor diesem Hintergrund und unter Ber cksichtigung der vorhandenen erheblichen Reserven wird Erdgas seine Stellung als Brennstoff ausbauen Die Erdgasf rderung begann im Jahr 1966 um Gas in die ehemalige Sowjetunion zu exportieren In den siebziger Jahren wurde die Erdgasnutzung im Iran selbst entwickelt und heute ist Erdgas der haupts chlich genutzte Brennstoff im Haushaltsektor Jedes Jahr werden ca 54 Milliarden m Erdgas gef rdert von denen ein Drittel in die Stromerzeugung geht der Rest wird in den Haushalte
102. angehensweise grunds tzlich von der konventionellen Ausbau oder Absatzplanung f r verschiedene Energiearten und von der rein objektbezogenen technischen Planung W hrend bei diesen Bauweise Energietechnik und Energietr ger meist feststehen und nur noch die Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit einer Variante ermitteln werden sollen ist ein Energiekonzept dadurch charakterisiert dass es die Frage erst beantworten soll mit welchen Bauweisen Energietechniken oder Energietr gern ein bestimmter Bedarf an Energiedienstleistung am besten in Sinne der Zielsetzung erbracht werden kann Energiekonzepte sollen f r die jeweiligen regionalen Gegebenheiten passende L sungen darstellen Da die Problemstellungen und Realisierungsbedingungen bei jedem Projekt anders sind stehen bisher weder universelle Bearbeitungs noch L sungsschemata zur Verf gung Es stellt sich die Frage Worin unterscheidet sich die Erarbeitung eines Energieversorgungskonzeptes in einem Entwicklungsland von einer analogen Fragestellung in einem Nicht Entwicklungsland K nnen die o g Kriterien und Aufteilung ohne weiteres in einem Entwicklungsland angewandt werden Der erste Untersuchungsschritt bei der Erstellung eines Energieversorgungskonzeptes ist die Analyse des Energiebedarfs Diese Analyse bildet die wichtigste Grundlage zur Erstellung von Energieversorgungskonzepten Die Aufgabe der Analyse ist es die Planungsgrundlage f r s mtliche weiteren Schritte zu stellen B
103. anlage Die Energiebilanz einer W rmebereitstellungsanlage im Vollastbetrieb ist Gen tue PE 4 28 mit Q als Nutzw rmeleistung no als Verteilungswirkungsgrad amp uk als Heizzahl bzw Leistungszahl des kessels und PE als Prim renergie W rmebereitstellungsanlagen werden in GOMBIS durch die Nennw rmeleistung und den dazugeh rigen Nutzungsgrad definiert Kraft W rme Kopplung Als Kraft W rme Kopplungsanlagen gelten alle Anlagen die neben W rme im Kraft W rme Kopplungsprozess auch Strom bereitstellen Dazu z hlen Blockheizkraftwerke BHKW Gasturbinen Brennstoffzellen und Heizkraftwerke Bei Blockheizkraftwerken wird in der Regel bereits in der Planungsphase die Betriebsart festgelegt Als F hrungsgr e dient die Nutzenergienachfrage nach Strom stromgef hrt oder W rme w rmegef hrt oder Strom und W rme Nulll sung Sie decken den Leistungsbereich unterhalb von Heizkraftwerken ab Bei BHKW mit Verbrennungsmotoren wird nicht die gesamte W rme die das Aggregat erzeugt als Heizw rme benutzt Zum einem gibt die Oberfl che des Motors ber Konvektion und Strahlung einen Teil der W rme ab zum anderen m ssen oftmals einige Komponenten auf niedrigere Temperaturen gek hlt werden z B der Ladeluftk hler so dass deren Abw rme kaum als Heizw rme genutzt werden kann Dies wird durch einen Sammelwirkungsgrad ns f r W rme ber cksichtigt Die Verteilungsverluste werden durch die Verteilungswirkungsgrade ny und 4
104. ar Die Kapitalr cklaufzeit der Gesamtinvestition betr gt 28 6 Jahre Die Stromgestehungskosten der Photovoltaikanlage fallen zwar mit 353 9 DM MWh sehr hoch aus fallen aber aufgrund des geringen solaren Anteils am Gesamtenergiebedarf kaum ins Gewicht Tabelle 7 13 fasst die wirtschaftlichen Eckwerte der Szenarien zusammen Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ausgaben gesamt 12 392 DM 22 552 DM 57 170 DM 25 892 DM Einnahmen gesamt 58 902 DM 59 064 DM 70 317 DM 62 937 DM gesamte Kosten der Energiebereitstellung 75 497 DM 138 460 DM 188 885 DM 163 801 DM W rmegestehungskosten 25 57 DM MWh 58 30 DM MWh 85 10 DM MWh 28 57 DM MWh von 1 900 68 MWh K ltegestehungskosten von 81 00 MWh 127 09 131 99 130 12 134 81 DM MWh DM MWh DM MWh DM MWh Stromgestehungskosten 122 23 353 90 DM MWh DM MWh Wert des eigenerzeugten KWK Stromes 15 49 DM MWh 16 60 DM MWh Solarw rmegestehungskosten 63 DM MWh Kapitalr cklaufzeit 23 0 a 77 7 a 28 6 a Amortisationszeit gt 100 a gt 100 a gt 100 a Tabelle 7 13 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Il Tabriz Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 KWK Szenario 2 und PV Nutzung Szenario 3 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU Die Kostenbilanz des EVU wird ebenfalls in drei Varianten betrachtet Der vorgegebene W rme und K ltepreis der ersten Rechenvariante deckt sich mit den Gestehungskosten des Basisszenarios Die Preise der Rechenvarianten 2 und 3 bezeichnen d
105. ar Abbas Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario Szenario 2 KWKK Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 59 935 DM 105 450 DM 126 465 DM 243 314 DM Einnahmedifferenz 0 DM 45 515 DM 186 400 DM 183 379 DM Ausgaben gesamt 364 638 DM 178 238 DM 178 238 DM 178 238 DM Rohgewinn 304 703 DM 72 787 DM 304 703 DM 65 076 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 231 916 DM 0 DM 369 779 DM Gesamtkosten des Verbrauchern 105 450 DM 105 450 DM 126 465 DM 243 314 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 231 916 DM 137 863 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 30 23 DM MWh 62 78 DM MWh Tabelle 7 25 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Bandar Abbas Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario Szenario 3 KWKK und Solarthermie 62 78 DM MWh 434 22 DM MWh 62 78 DM MWh Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 59 935 DM 105 450 DM 32 202 DM 250 091 DM Einnahmedifferenz 0 DM 45 515 DM 27 733 DM 190 156 DM Ausgaben gesamt 364 638 DM 336 905 DM 336 905 DM 336 905 DM Rohgewinn 304 703 DM 231 455 DM 304 703 DM
106. as von Heynert 81 selbst und sp ter von M gge 82 als anwendbares Handrechenverfahren berarbeitet wurde Die berarbeitung des Ansatzes durch M gge geht als Rechenalgoritnmus in die DIN 4701 64 ein In dieser Arbeit wird der Algorithmus entsprechend der Neufassung der DIN als Berechnungsgrundlage verwendet Bei erdber hrten Untergeschossen wird ein W rmestrom prim r ber die erdber hrten Seitenfl chen bertragen Daneben erfolgt au er bei sehr niedrigen Grundwasserspiegeln ein nicht zu vernachl ssigender W rmestrom ber die Bodenplatte des Geb udes an das Grundwasser In Abh ngigkeit von der Grundwassertiefe der Tiefe des Untergeschosses und der W rmed mmung des Bodens und der Seitenw nde kann im Bereich der Geb udekanten auch ein W rmestrom von den Seitenw nden zum Grundwasser bzw von der Bodenplatte zur Au enluft auftreten Infolge der Speicherwirkung des Erdreichs folgt der W rmestrom an die Au enluft verz gert und stark ged mpft den Schwankungen der Au entemperatur Da zudem die W rmeverluste an das Erdreich nur einen geringen Teil der Gesamtw rmeverluste ausmachen werden f r das Gesamtmodell lediglich Monatsmittelwerte der Au entemperatur herangezogen Falls die Temperatur des Grundwassers nicht bekannt ist wird sie in erster N herung der jahresmittleren Au entemperatur gleichgesetzt Entscheidende geometrische Einflussgr en f r W rmeverluste an das Grundwasser sind die Grundfl che des Geb
107. auchertyp ben tigt keine Tagesg nge Die Verbrauchertypen k nnen innerhalb eines Szenarios beliebig kombiniert werden 1 Einfacher Verbrauchertyp Dieser Verbrauchertyp ist die Grundform des Verbrauchers und wird dann eingesetzt wenn der Energiebedarf vollst ndig durch Tagesg nge beschrieben werden kann blicherweise werden Tagesg nge f r bestimmte typische Zeitperioden z B ein Tagesgang f r alle Werktage im Sommer vorgegeben Es ist jedoch auch m glich den Energiebedarf eines ganzen Jahres durch 365 Tagesg nge darzustellen F r einen derartigen Anwendungsfall 33 Nutzung einer externen Datei beispielsweise mit Messdaten w rde sich der Verbrauchertyp 6 Verbraucher mit verkn pfter Bedarfsdatei jedoch besser eignen 2 Verbrauchertyp mit Monatsvorgaben Dieser Verbrauchertyp unterscheidet sich vom einfachen Verbrauchertyp durch die M glichkeit die Tagesgangdaten der jeweiligen Nutzenergieart mit Monatsverbrauchsdaten zu erg nzen Wenn was in der Praxis h ufig der Fall ist monatliche Verbrauchsdaten verf gbar sind k nnen diese Verbrauchsdaten mit Tageslastg ngen die beispielsweise aus Messungen von f r das Nutzerverhalten repr sentativen Zeitr umen stammen k nnen so berlagert werden dass daraus ein plausibler Jahresgang erstellt werden kann Dabei wird innerhalb der Simulation im ersten Schritt mit Hilfe der vorhandenen Tagesgangdaten ein vorl ufiger Monatsbedarf errechnet Der Vergleich mit dem
108. bauten gro e Geb udebest nde gro maschiges Erschlie ungsnetz Bauten meist an den Gro stadtr ndern Stadtkerne hoher Dichte mit geschlossener Bebauung und verwinkelten Stra en Gro e Sonderbauten gro e Einzelbauten mit ungew hnlichen Grundrissen meist frei stehend gebaut z B Verwaltung Ministerien Streusiedlungen Dorfkerne und Stadtkerne kommen f r eine Einbindungen in Nahw rme bzw Nahk ltesystem Ziel dieser Arbeit nicht in Betracht F r die Streusiedlungen sind die Besiedelungsdichte nicht ausreichend F r die Dorfkerne ist die Bauweise nicht geeignet und in der Stadtkerne stehen kaum Freifl chen f r die operative Arbeiten zur Verf gung Reihenhaussiedlungen und Einfamilienh user haben dagegen eine h here Siedlungsdichte und k nnen als geeignet zusammengefasst werden Gut geeignet sind die Wohnblocks und gro e Sonderbauten wegen der h heren Energienachfrage Die Hochh user und gro en Zeilenbauten k nnen als sehr gut geeignet bezeichnet werden Zusammenfassend l sst sich feststellen dass nicht nur eine bestimmte Methode geeignet ist um den Energiebedarf im Iran zu analysieren und abzubilden In Abh ngigkeit von den jeweiligen strukturellen Gegebenheiten sollte eine Methodenkombination angewandt werden In jeder Region sollte zwischen Stadt und l ndlichen Gebieten unterschieden werden F r jede der f nf Regionen wird die Siedlungstyp Methode verwendet F r eine weitergehende Analyse innerhalb einer Sied
109. bedarf unter Ber cksichtigung des instation ren thermischen Verhaltens ermittelt vgl 24 25 26 27 28 29 Diese Verfahren die z B in JULOTTA 30 DEROB 31 oder DYNBIL 32 verwendet werden dienen im wesentlichen der detaillierten Untersuchung einzelner Komponenten die Ergebnisse gehen weit ber die Bestimmung des Jahres Heizenergiebedarfs hinaus Dynamische Ermittlungen des W rmebedarfs k nnen in ihrer mathematischen Form vielf ltig sein Das thermische Verhalten von Geb uden wird durch partielle Differentialgleichungen 16 beschrieben Ermittlungen dieser Art liefern sehr genaue Rechenergebnisse sie erfordern aber einen hohen Modellbildungsgrad und einen sehr hohen Rechenaufwand F r eine sinnvolle Anwendung dieser Methodik ist eine genaue Kenntnis s mtlicher physikalischer Eigenschaften sowohl der Komponenten des System als auch der Umgebung erforderlich Eine wichtige Voraussetzung zur Anwendung dynamischer Simulationsprogramme ist deshalb u a eine gute Datenbasis in Bezug auf klimatische und geographische Daten des untersuchten Gebietes Beschrieben wurden solche Verfahren unter anderem von Feist 33 M hl 34 Rauch 25 und Nytsch 35 3 1 2 Ermittlung der zu installierenden Leistung DIN 4701 In der DIN 4701 ist das Verfahren zur Berechnung des j hrlichen W rmebedarfs von Geb uden genormt 36 a und b Diese Norm bildet die Grundlage zur W rmebedarfsberechnung von Geb uden Die derzeit g ltige Fassung der D
110. bei leitungsgebundener Versorgung auf die Verbrauchsstatistiken zur ckgegriffen und nur bei Geb uden mit anderer Versorgungsstruktur eines der Berechnungs oder N herungsverfahren angewendet Ein R ckgriff auf Verbrauchsstatistiken l sst meist keine Aussagen ber einen zuk nftigen Bedarf zu Gerade solche Aussagen sind aber oft Sinn und Zweck von Energiekonzepten Deshalb wird der W rme und K ltebedarf in der Regel berechnet oder extrapoliert Die Daten aus den Verbrauchsstatistiken dienen daher eher als eine Plausibilit tskontrolle f r die angewendeten Verfahren Das Ablaufschema des Berechnungsverfahrens ist folgendes e Auswahl des geeigneten Rechenverfahrens e Zusammenf hrung der ben tigten Datenquellen auf definierte Verbrauchseinheiten z B Wohnungen Geb ude etc e Erg nzung fehlender Daten durch z B Begehung Messung Befragung etc e Durchf hrung der Berechnung Im Folgenden werden die zur Zeit g ngigen Methoden zur Ermittlung des Heizw rmebedarfs beschrieben vergleichend gegen bergestellt und auf ihre Verwendbarkeit im Iran hin berpr ft 3 1 Berechnungs und Simulationsverfahren Die Methodik zur Ermittlung des W rmebedarfs und des Jahresheizw rmebedarfs wurde in den letzten Jahren laufend weiterentwickelt Grunds tzlich sind zwei Vorgehensweisen zu unterscheiden Berechnungsverfahren und Simulationsverfahren 3 1 1 Dynamische Geb udesimulation In einer dynamischen Geb udesimulation wird der W rme
111. ben Ein Verbraucher selbst ist eine Struktur die vielf ltige M glichkeiten bietet Energiebedarf und Nutzerverhalten zu beschreiben Da in der Simulation mit st ndlichen Bedarfswerten gerechnet wird sind die Grundlage eines Verbrauchers die Tageslastg nge 30 Die Einflussfaktoren sind einerseits meteorologischer bzw physikalischer Natur andererseits durch die Nutzungsart des Objektes bzw Nutzerverhalten definiert Die Ans tze f r deren Abbildung sowie der Programmablauf werden nachfolgend dargestellt Meteorologische Einfl sse Meteorologische Daten werden von vielen Wetterstationen mit unterschiedlicher zeitlicher Aufl sung erfasst und stehen damit grunds tzlich f r die Jahreslastgangsynthese zur Verf gung In GOMBIS wird die Au entemperatur als die das Wetter repr sentierende Einflussgr e ber cksichtigt Offen ist noch die Frage welcher funktionale Ansatz zugrunde gelegt wird um den Zusammenhang zwischen W rmebedarf und Au entemperatur wiederzugeben In GOMBIS sind drei Methoden implementiert A V Methode W rmebedarfsrechnung nach dem Ein Kapazit ten Modell s 4 2 Typtagemethode bzw Klien Methode Einfluss des Nutzerverhaltens Die Nutzung eines Objekts kann durch Einflussgr en wie Besch ftigtenzahl Produktionsdaten oder Arbeitszeit beschrieben werden Da in vielen F llen der Verlauf dieser Gr en ber ein ganzes Jahr mit einer Aufl sung von einer Stunde nicht verf gbar und damit eine Datenproj
112. bereitstellung f r Klimaregion IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario 3 115 Kostenbilanz aus der Sicht des Endverbrauchers F r ein Endverbraucher lassen sich sowohl das Basisszenario als auch Szenario 1 Solarenergienutzung wirtschaftlich darstellen Die Amortisationszeiten weichen mit 15 86 bzw 16 12 Jahren kaum voneinander ab Die Anfangsinvestition im Basisszenario ist deutlich geringer als in Szenario 1 daf r m ssen h here Verbrauchsgebundene Kosten in Kauf genommen werden Im Gegenzug fallen in Szenario 1 mit den Kosten f r die Solaranlage und die zentrale K lteversorgung hohe Anfangsinvestitionen an die durch Einsparung an verbrauchsgebundenen Kosten aufgefangen werden Der Hauptanteil der Einsparung resultiert aus den Einsatz der effizienten KKM und der dadurch erzielbaren niedrigen K ltegestehungskosten Die Mischw rmegestehungskosten von 171 65 DM MWh liegen fast sechs Mal so hoch wie im Basisszenario In Szenario 1 muss zun chst die gleiche Investition f r den Kessel wie im Basisszenario get tigt werden dazu kommen das Heizw rmenetz und die Solaranlage W hrend die Solaranlage mit solaren W rmegestehungskosten von 55 26 DM MWh im gleichen Kostenbereich wie an anderen Orten liegt steigen die W rmegestehungskosen der Spitzenlastanlage aufgrund der geringen Volllaststundenzahl An dieser Stelle w re ein Einsparpotenti
113. brauchertypen entwickelt Tabelle 4 1 31 shiepsgqa1 ulsug sap SUSMUSPUNIS 0928 sbueflsejso eL wou yo np ueuuunsso e ep BUNJA shepags ulaug s p uswuwnssa e G9E uswunssa eL apopo Zualagripngersdwa ne Bunja JOpo poyp wuy yeu ZUNJISLIIA usjepsa eL wong pun Jey PwgMss ZOId SWRMZIOH MF UYLPSSIN Zungstojssniyosuy Spoylow AV ypeu sayepogqeuniemzieyssiyer USJEPSJeUOY uayo puns sep BUNUyISJOg H M pun AV s3eydAL IdA pun wong ILY JULEMSSIZOIG JULIEMZIOH nz OOMSFUnIYeJIT 19p0 uSYepssoW dus us yo uoy Isejsode 10yos dA Juequosfeq u wwnss e ne Buni juuNnNS Bpow uayzedey eu s pep q wgemzi ys syef p pums s p BunuyoaJag yoygSpumyoso Spur M anyesdusyusgny usjepopneq gt d Zunfyensumie os JJA Zunjyensur21e og ssnyIq uq USY9SIZOJ0I0IOW Abbildung 4 1 Ablauf der Energiebedarfsabbildung in GOMBIS 32 Verbrauchertyp 1 Einfacher Ver braucher Bedarfsarten Heizw rme Prozessw rme K lte Strom Tagesg nge Eingabe typischer Tageslastg nge Absolutwerte zus Eingabedaten Berechnungsverfahren f r Jahresganglinie Energiebedarfswerte aus Tagesg ngen Tagesg nge m ssen den Bedarf in seiner absoluten H he enthalten 2 Verbraucher mit Monatvorgaben Heizw rme Prozessw rme K lte Strom Eingabe typischer Tageslastg nge monatliche Verbr uche f r jede Nutzenergieart berlage
114. chaftlich Vorl ufige Dimensionierung Soll Zustand keitsberechnung y alternative L sungsm glichkeiten Realisierungsphase Simulations Grenzwerte programme Betriebszust nde Anforderungsver nderung Betriebsphase Einsatzstrategien Anlagen berwachung Fehlererkennung Abbildung 1 2 Eingrenzung der Zielsetzung Teil rtliche Energieversorgungskonzepte Das Planungsziel ist es die Planungsphasen Vorplanung und Entwurfsphase eines Anlagenkonzeptes unter Einbeziehung der technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen sowie lokalen Gegebenheiten festzulegen Abbildung 1 2 Die Planungsphasen bestehen aus a Analyse der Grundlagen Zur Ermittlung der Grundlagen Energiebedarf Ist und Sollzustand muss zun chst der Umfang der zur versorgenden Objekte erfasst werden Darauf aufbauend sind der Energiebedarf W rme K lte Strom zu berechnen sowie die projektspezifischen Randbedingungen zu ermitteln Eine erste vorl ufige Dimensionierung der wichtigsten Komponenten verbunden mit einer Sch tzung der Investitionskosten bildet den Abschluss der Grundlagenermittlung b Erarbeiten eines Planungskonzepts mit berschl giger Auslegung der wichtigsten Systeme und Anlagenteile c Wirtschaftlichkeitsberechnung d Untersuchung alternativer L sungsm glichkeiten die die gleichen Zielvorgaben erf llen F r eine Energieplanung hei t das Bedarfsermittlung Entwicklung technischer Anlagenkonzep
115. che Fragen der Energiewandler und der passiven Energiesysteme sind dabei ebenso von Bedeutung wie die verhaltensorientierten Komponenten der Energieeinsparung Die rationelle Energieverwendung kann durch folgende Ma nahmen realisiert werden Gesetze und Vorschriften Preisbildung Anreize Ausbildung und Verbraucherberatung Ohne eine gr ndliche nderung des Verbraucherverhaltens im Iran bzw ohne Angleich der nationalen Energiepreise an die Weltenergiepreise scheint die Realisierung der oben genannten Vorschl ge allerdings unm glich zu sein 125 Literaturverzeichnis 1 Cheref M Probleme der Energieerzeugung und Verteilung in Algerien Elektronik und Energietechnik VI Internationales Weiterbildungsprogramm Berlin 90 herausgegeben von Zentrum f r technologische Zusammenarbeit Heft 17 2 Kalume N B Strukturmodule ein methodischer Ansatz zur Analyse von Energiesystemen in Entwicklungsl ndern Forschungsbericht des Instituts f r Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Band 18 Universit t Stuttgart 1994 3 Sabuhi J Entwicklung der Energiesektoren im Iran in SHARIF Nr 8 Sharif University of Technology Tehran 1994 4 Hellwig T Th ne E Ein Verfahren zur Optimierung der Abw rmenutzung BWK 46 Nr 9 1994 5 Sawillion M Th ne E Auslegung und Wirtschaftlichkeitsanalyse von Blockheizkraftwerken bei unsicherer Bedarfsdatengrundlage Elektrizit tswirtschaft 94 Heft 16 1995 6 Sch
116. che von 0 15 m MWh bei 0 6 m m Speichervolumen Diese Anlage w rde einen solaren Deckungsanteil von 20 erreichen Saisonale Speicherung w rde wie in Ramsar 0 5 m MWh Kollektorfl che erfordern allerdings bei einem spezifischen Speichervolumen von 8 m m Wenn der K ltebedarf mit einer Absorptionsk ltemaschine gedeckt wird verringert sich bei gleichbeleibender Kollektorgr e das spezifische Speichervolumen auf 5 4 m m Die im 85 Sommer angebotene Strahlung wird direkt zur K lteerzeugung genutzt die Gesamtanlage erreicht einen solaren Deckungsanteil von 57 Shiraz Die Dimensionierung des Kollektorfeldes ist vergleichbar mit Ramsar Ein saisonaler Speicher m sste allerdings mit 6 m m gr er gew hlt werden Der solare Deckungsanteil liegt mit 30 und 58 ohne bzw mit saisonaler Speicherung ber den Werten die in Ramsar erreicht werden Ein wesentlicher Unterschied tritt bei Einsatz einer Absorptionsk ltemaschine zur Deckung des hohen sommerlichen K ltebedarfs auf Dann verringert sich das spezifische Speichervolumen auf 1 6 m m der solare Deckungsanteil des Gesamtsystems liegt bei 50 Bandar Abbas In Bandar Abbas besteht im Gegensatz zu allen anderen Standorten kein Heizw rmebedarf Die Dimensionierung der Kollektoranlage auf den W rmebedarf zur Warmwasserbereitung ergibt eine spezifische Kollektorfl che von 0 58 m MWh mit 0 15 m m Speichervolumen Damit wird ein solarer Deckungsanteil von 81 erreicht Mit sai
117. cher Tage erfolgt objektspezifisch unter Ber cksichtigung von Nutzungsprofilen und jahreszeitlichen Einfl ssen Nutzungsprofile unterliegen h ufig einem w chentlichen Rhythmus 50 so dass die Unterscheidung einzelner Wochentage bei der Anwendung der Typtagmethode sinnvoll ist In Industriebetrieben beispielsweise sollten Werktage und Nicht Werktage unterschieden werden H ufig ist eine weitere Untergliederung der Werktage notwendig da sich die Produktion oder der Betriebsablauf an verschiedenen Werktagen unterscheiden kann Wird von einem w chentlich gleichbleibenden Nutzungsprofil und zus tzlich davon ausgegangen dass Betriebsferien aufgrund einer ver nderten Verbrauchscharakteristik separat ber cksichtigt werden m ssen m ssen maximal sieben Wochentyptage und ein Urlaubstyptag unterschieden werden Jahreszeitliche Einfl sse k nnen durch die zus tzliche Untergliederung des Jahres z B in Sommer und Winter Sommer Winter und bergangszeit einzelne Monate ber cksichtigt werden Bei der Festlegung dieser Untergliederung wird zwischen den verschiedenen Energieanwendungen unterschieden da beispielsweise der Raumw rmebedarf st rker von der Au entemperatur abh ngig ist als der Prozessw rmebedarf In der genannten Richtlinie wird f r Raumw rmebedarf einschlie lich Warmwasserversorgung die Ermittlung von wenigstens f nf Tageslastg ngen empfohlen je ein heiterer und tr ber Wintertag Oktober bis Februar je ein heiterer und tr
118. chiedenen Orten St dte und D rfer Die Energiereserven die in einem Land vorhanden sind sind in den meisten F llen ungleichm ig verteilt Manche Orte verf gen ber Energievorr te w hrend in anderen Orten Energietr ger importiert werden m ssen Die Bef rderung der Energietr ger von einem Ort zum anderen verursacht zus tzliche Kosten die in L ndern mit gr eren Entfernungen eine entscheidende Rolle spielen k nnen Das Land Iran ist ein Beispiel daf r Der Mangel an Energietransportinfrastruktur Stromnetze Pipelines LKWs Z ge usw und die schlechten Stra enverh ltnisse wirken sich nachteilig auf die Auslastung der bestehenden zentralen Energieumwandlungsanlagen aus Er f hrte zudem dazu dass es innerhalb einzelner Entwicklungsl nder eine v llig heterogene Energieversorgungssituation gibt die hier regionale Heterogenit t genannt wird Die regionale Heterogenit t ist eine geographische Heterogenit t die aus den gro en Unterschieden der Energieverf gbarkeit zwischen verschiedenen Orten resultiert siehe Abbildung 1 1 Caspian Sea Mashhad TEHRAN Be Qom rm nsh h Esfah n Brjand Yazd Kerm n Z hed n Bandar Abb s g Strait of O Energievorkommen Abbildung 1 1 Lokale Energievorkommen im Iran regionale Heterogenit t Lokale Heterogenit t bezeichnet die Differenzen im Energieverbrauchsverhalten zwischen Familien innerhalb einer Siedlung einer
119. chmutz Akku NWechsel 4 43 und Npv K K3 Nverschat Nverschmutz Akku Nwechse 4 44 Eine weitere Leistungsreduzierung wird durch Stromtransport verursacht Der Widerstand des Kabels nimmt zu je l nger das Kabel und je kleiner der Kabelquerschnitt ist Vereinfacht ist der Gesamtwiderstand des Kabels Rkabei Rkabei 2 Ik Pr 4 45 mit Ix als einfache Kabell nge und pr als spezifischem Widerstand des Kabels Dadurch reduziert sich die Gesamtleistung um n 52 Pov _ 1 PV kabel oje 1 Ki V Riava P P P ges ges ges 4 46 mit Nennstrom I und Leistungsreduzierung durch Kabel Py kave GOMBIS enth lt eine Bibliothek g ngiger PV Module die durch Ppeax Leerlaufspannung Kurzschlussstrom und Modulfl che beschrieben werden Die Definition eigener Module ist m glich Die Beschreibung der gesamten PV Anlage erfolgt durch Angabe der Anzahl der Module Neigung und Ausrichtung sowie des Bereitengrades Jeder Teilwirkungsgrad kann einzeln definiert werden In der folgender Abbildung wird beispielhaft die Zusammensetzung einer kompletten Energieversorgung in GOMBIS ohne die Energieverluste einzelner Anlagen dargestellt Kompressionsk lteanlage HKM Ekk fi Therm Solaranlage PRAXOSOL Abbildung 4 11 Gesamtdarstellung einer kompletten Energieversorgung in GOMBIS 4 3 1 Praktischer Einsatz von GOMBIS bei Planungsaufgaben Bisher wurde das Programmpaket GOMBIS PRAXOGES und PRAXOS
120. cht Es wird eine modifizierte Wirtschaftlichkeitsberechnung vorgestellt die nicht nur Investitionen sondern auch die Sichtweisen der Akteure private Investoren Betreiber EVU betrachtet Da die g ngigen in den westlichen Industriel ndern verwendeten Methoden zur Dimensionierung der Anlagenkomponenten insbesondere bei der Nutzung der erneuerbaren Energien aufgrund der grunds tzlich verschiedenen Voraussetzungen wirtschaftlichen Vorgaben und Zielstellungen zustande gekommen sind werden Dimensionierungs und Entwurfsregeln ben tigt die an die spezifischen strukturellen geographischen und klimatischen Gegebenheiten im Iran angepasst sind Ein erster Ansatz hierzu wird in Kapitel 6 entwickelt In Kapitel 7 werden die Ans tze aus vorherigen Kapiteln und die Anwendungsm glichkeiten des Simulationsprogramms genutzt um charakteristische Fallbeispiele die u a aus klimatischen Gegebenheiten resultieren zu berechnen und ihre wirtschaftliche Machbarkeit zu untersuchen Die Arbeit wird durch die Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse die f r die Energieplanung notwendig sind abgeschlossen 7 2 Energieversorgung im Iran 2 1 Allgemeiner berblick Geographische Merkmale Der Iran umfasst eine Fl che von 1 648 Millionen km auf der 62 8 1998 Millionen Einwohner leben Das Land wird n rdlich vom Kaspischen Meer und s dlich vom persischen Golf begrenzt und ist von der T rkei dem Irak Afghanistan Pakistan und Staaten d
121. chtl ftung Offnen der Fenster und ber L ftungseinrichtungen wie mechanische Be und Entl ftungsanlagen Der L ftungsw rmebedarf QL l sst sich mit Hilfe einer Energiebilanz f r den ausgetauschten Luftstrom angeben Bei Beschr nkung auf den sensiblen Anteil gilt QL Qi nat QLerz Vi PL cp Ti Tu 4 27 mit VL ausgetauschter Volumenstrom PL Dichte der Luft Cp L spezifische W rmekapazit t der Luft Ti st ndliche Geb udeinnentemperatur Tu st ndliche Au entemperatur QL nat L ftungsw rmebedarf aufgrund nat rlicher L ftung QL erz L ftungsw rmebedarf aufgrund erzwungener L ftung Im verwendeten Teilmodell wird der nat rliche Luftwechsel in Anlehnung an den Algorithmus der DIN 4701 und Untersuchungen von Esdorn und Brinkmann 85 ausgef hrt Die erzwungene L ftung wird wahlweise als Fensterl ftung oder als mechanische Abl ftung abgebildet 4 2 5 Innere Quellen In Geb uden mit geringem Heizenergiebedarf wie z B Niedrigenergie und Passivh usern stellen innere W rmequellen einen merklichen Beitrag zur Raumerw rmung dar Eine Zufuhr von Fremdw rme erf hrt ein Geb ude durch innere Quellen wie Personen Beleuchtung elektrische Ger te Kochen und Warmwasserbereitung 44 Eine genaue Ermittlung der Fremdw rmezufuhr wird aufgrund unterschiedlicher Personenbelegung und Ausstattung mit elektrischen Ger ten sowie des Nutzerverhaltens nur im Einzelfall und dann nur durch Messungen m glich se
122. cological studies Rep to the Govt of Iran Rom 1967 16 http www eia doe gov emeu cabsj iran html und eigene Bearbeitung 17 Ghadamgahi S Die bedeutsame Rolle der Photovoltaik bei der Entwicklung der l ndlichen Regionen im Iran dargestellt am Beispiel aus der iranischen W ste Diss Arbeit Fachbereich 7 TU Berlin 1995 18 Ministry of Energy Power Division Management Department Trasnamenh Bilanz 1378 March 1999 March 2000 Tehran Iran 19 Samimi J Potentielle Solarenergie im Iran in SHARIF Nr 8 Sharif University of Technology Tehran 1994 20 Ministry of Energy Power Division Management Department Trasnamenh Bilanz 1375 March 1996 March 1997 Tehran Iran 21 Ministry of Road and Transportation Iranian Meteorological Organization Meteorological Year Book Department of Publications 1993 22 World Energy Council Pricing Energy in Developing Countries June 2001 126 23 Tavanir Power Generation and Transmission Company Amar Tafsili Sanate Bargh Iran 2000 24 Rouvel L Raumkonditionierung Wege zum energetisch optimierten Geb ude Springer Verlag Berlin 1978 25 Rauch K C Franzke H H Simulation mit Reaktion der Subsysteme Einsatz von Simulationssoftware als Hilfsmittel f r die Planung von Steuerungs und Regelungs Konzepten f r die W rmeversorgung von Geb uden HLH 40 Nr 5 1989 26 M hl U Geb udethermik im Entwurf simuliert HLH 38 Nr 2 1987
123. dabei vernachl ssigt was wirtschaftliche und soziale Ungleichgewichte mit sich gebracht hat Angesichts dieser Situation sollte die Energieversorgung der Bev lkerung vor allem in abgelegenen Gebieten an Bedeutung gewinnen Dabei kommt der dezentralen Energieversorgung ein hoher Stellenwert zu Die Endlichkeit der fossilen Energietr ger sowie die bei der Verfeuerung hervorgerufenen Umweltbelastungen machen es notwendig erneuerbare Energiequellen bei der zuk nftigen Energieversorgung einzubeziehen Ordnungspolitische und institutionelle Gegebenheiten der nationalen Energiesysteme geben weitere wichtige Rahmenbedingungen vor Im Iran sind diese Strukturen in der Regel wesentlich zentralistischer und durch eine starke Rolle des Staates gekennzeichnet was zu einer problematischen Energieplanung f hrt Ein systemimmanenter L sungsweg ist auf gro e zentrale Versorgungseinheiten z B Kraftwerke die auf Rohstoffimporte oder lange Transportwege angewiesen sind zu verzichten und statt dessen auf Alternativen zur ckzugreifen Hieraus ergeben sich Konzepte die zentral organisiert sind aber dezentral angewendet und betrieben werden In der vorliegenden Arbeit wird daher die Nutzbarkeit der Solarenergie sowie verschiedener Kraft W rme K ltetechnologien in diesem Kontext gepr ft Andere erneuerbare Energien wie Wind oder Wasserkraft werden in dieser Arbeit nicht gesondert ber cksichtigt da sie im Normalfall in das bestehende nationale d h zentra
124. der Heizzentrale in H he von 3 der Bruttostromerzeugung zur Deckung des Strombedarfs eingesetzt Leistungs berschuss wird an das Netz abgegeben Leistungsdefizit aus dem Netz gedeckt 95 7 4 1 Klimaregion Ramsar In Ramsar besteht f r sieben Monate im Jahr Heizw rmebedarf w hrend der vier Sommermonate muss gek hlt werden Im Basisszenario werden insgesamt 1087 kW W rmeleistung 60 kW K lteleistung und 163 kW elektrische Leistung ben tigt Abbildung 7 4 Der K ltebedarf zeichnet sich durch relativ hohe Spitzenleistung und insgesamt geringe K ltearbeit aus Die daraus resultierende geringe Menge an Volllaststunden 900 h spricht gegen eine zentrale K lteversorgung 1000 900 800 700 600 500 400 Leistungsbedarf in kW 300 200 100 471 941 M v 1411 1881 2351 2821 3291 3761 4701 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 N 1N r Stunden im Jah Abbildung 7 4 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Ramsar Die beiden Alternativszenarien betrachten thermische Solarenergienutzung und Kraft W rme Kopplung Tabelle 7 7 In diesen F llen wird ein Nahw rmenetz mit der entsprechenden Infrastruktur Erdgasversorgung Sammelnetz Haus bergabestationen und Technikgeb ude erforderlich Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 W rme Heizkessel 1100 kW Heizkessel 1310 kW Heizkessel 1310 kW Solaranlage BHKW 165 9 kWa 247 3 Flachkollektoren 3
125. der Investitionen lange Planungslaufzeiten begrenzte Flexibilit t leitungsgebundener Energietr ger zunehmende Konflikte mit umweltpolitischen Zielen ordnungspolitische Besonderheiten stark schwankende und schwer prognostizierbare internationale Energiepreise schneller technologischer Wandel Die Notwendigkeit sich in diesem Zusammenhang mit der iranischen Energiewirtschaft zu besch ftigen ist angesichts der heutigen Wirtschaftslage im Iran erforderlich Eine n here Untersuchung von Ursachen der Fehlentwicklungen im Energiesektor zeigt dass vorhandene Energieressourcen vorrangig als billige Rohstoffe f r kurzfristige Deviseneinnahmen ausgebeutet wurden und werden anstatt sie f r die wirtschaftliche und soziale Entwicklung des Landes zu verwerten und behutsam einzusetzen Dabei werden auf dem Weltmarkt durch diese Produkte nur geringe Gewinne erzielt so dass die notwendigen Investitionsma nahmen zur Ankurbelung der Wirtschaft aus Finanzmittelknappheit h ufig zur ckgestellt werden m ssen Auch die bisherigen Versuche subventionierte elektrische Energie zur F rderung der landwirtschaftlichen handwerklichen und industriellen Produktion im ausreichenden Ausma bereit zu stellen hatten nur wenig Erfolg Einer der wichtigsten Gr nde liegt darin dass solche Elektrifizierungsprojekte in der Regel berdimensioniert teuer und an den spezifischen Bed rfnissen des Landes vorbeigeplant wurden Die Entwicklung des l ndlichen Raumes wurde
126. der Plattenbauweise der damaligen Ostblockl nder gebaut Daher besteht die zu untersuchende fiktive Siedlung aus Mehrfamilienh usern mit 1000 Einwohnern Die Grunddaten der Geb ude entsprechen dem Plattenbau WBS 70 Typ MEL B0509 162 Der 88 Typ WBS 70 mit 40 Wohnungen einer durchschnittlichen Wohnfl che von 60 m und einer durchschnittlichen Belegung von 3 Personen pro Wohnung entspricht fast den iranischen Neubauverh ltnissen Die gesamte Wohnfl che aller Wohnungen betr gt 2384 m Da f r alle Standorte die gleiche fiktive Bebauung betrachtet wurde h ngt der Energiebedarf allein von den klimatischen Bedingungen ab Die Ergebnisse lassen sich gut miteinander vergleichen Weitere Geb udedaten sind in Anhang 1 dargestellt Im untersuchten Fall des WBS70 Wohngeb udes wird f r die Wohnfl chen eine Solltemperatur von 21 C ohne Nachtabsenkung vorgesehen Kellerr ume und Treppenhaus werden nicht beheizt Aus diesen Teilbereichen wird die effektive mittlere Geb udeinnentemperatur ermittelt Als Maximaltemperatur f r die Innentemperatur ab der abgel ftet bzw gek hlt wird wird 28 C vorgegeben Der Bedarf an Heizw rme und K lte wird durch das Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES berechnet Der Energiebedarf f r die Warmwasserbereitung resultiert aus dem mittleren Warmwasserverbrauch pro Kopf und Tag und der mittleren j hrlichen bzw monatlichen maximalen und minimalen Umgebungstemperatur gerechnet Die so generierten monatliche
127. der Rohgewinn der gleiche sein soll und der Verbraucher die Anlagen betreiben w rde Tabelle 7 10 Szenario 1 Solarenergienutzung Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 20 855 DM 62 335 DM 130 717 DM 127 408 DM Einnahmedifferenz 0 DM 41 480 DM 109 862 DM 106 553 DM Ausgaben gesamt 117 579 DM 227 442 DM 227 442 DM 227 442 DM Rohgewinn 96 725 DM 165 107 DM 96 725 DM 100 034 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 68 382 DM 0 DM 3 309 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 62 335 DM 62 335 DM 130 717 DM 127 408 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 68 382 DM 65 073 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 29 87 DM MWh 81 73 DM MWh 79 22 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 117 52 DM MWh 117 52 DM MWh 117 52 DM MWh Tabelle 7 10 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ramsar Solarenergienutzung Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario 100 Bei dem Einsatz eines BHKW ergeben sich bei den ersten beiden Betrachtungsweisen konstante Ausgaben f r den Verbraucher bzw konstanter Rohgewinn f r das EVU hnliche Ergebnisse wie in Szenario 1 In der dritten Betrachtungsweise legt das EVU die W rmegestehungskosten direkt auf den Verbraucher um Der resultierende W rmepreis steigt auf das 3 5fache im Vergleich zum Basisszenario Tabelle 7 11 Szenario 2 K
128. e 2r 2 222225 aeia eia iia aaaeaii aagi iea daa 23 3 4 Indikatorenverfahren nennen 24 3 5 Methodenkombinationen und varianten 44444444444RR nennen 25 3 6 Eignung der Methoden f r den Iran urs 4444HHHeHHnnH nenne nennen 26 Simulationsprogramm GOMBIS unnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 29 4 1 Beschreibung der gew hlten Methoden zur Bedarfsanalyse 30 4 1 1 Programmablauf zur Ermittlung des st ndlichen Energiebedarfs 31 4 1 2 Definition der Tagesgange aaa een 36 4 2 Berechnungsverfahren nach dem Ein Kapazit ten Modell 36 4 2 1 Bestimmung der effektiven W rmekapazit t ueesesssssennnnnnnnennnnnnnnnnnnnnn 37 4 2 2 _ W rmebedarf aufgrund von Strahlung und Transmission durch die Geb udeh lle mn ee ea 38 4 2 3 _ W rmeverlust erdber hrter Bauteile 4444444444440000RRRRR Rn 42 4 2 4 L ftungsw rmebed arti as kan 44 4 2 5 Innere Quellen u uskenaikiikbHiEnikabkin 44 4 2 6 Walidierung von PRAXOBGES 1r 0 nun a a ae aan 46 4 3 Energiebereitstellungsanlagen HH HH He 48 4 3 1 Praktischer Einsatz von GOMBIS bei Planungsaufgaben 53 4 3 2 Arbeitsablauf in GOMBIS eunnscete lernen trennen unehahe rear eennekentrehennene 54 4 4 Grundprinzipien von PRAXOSOL 222444
129. e Jahresstunde u 24su nn 61 Abbildung 4 16 PRAXOSOL Aufbau in Kombination mit Geb udsimulationsprogramm PRAXOGES und GOMBIS 4 2 4 Ace Hin Henlae Heitnipiieren later a uhren tete 62 Abbildung 4 17 In PRAXOSOL verf gbare Systemschaltungen 240nnssnennnnnnnnnennnnnnnnnn nenn 63 Abbildung 5 1 Bewertung der W rme aus einem BHKW mit einer Prim renergie Gutschrift f r die Stromerzeugung Bere Riesige 69 Abbildung 5 2 Bewertung des Stroms aus einem BHKW mit einer Prim renergie Gutschrift f r die W rmeerzeugung isuskeueeeietitiieelreuieiehterieukiieuleihietlgdeuigde 69 Abbildung 5 3 Ablauf der Wirtschaftlichkeitsrechnung in GOMBIS ssuensssnnnnnennnnnnnennnnen nenn 72 Abbildung 6 1 Geordnete Jahresdauerlinie thermisch und Dimensionierung eines BHKW 77 Abbildung 6 2 Geordnete Jahresdauerlinie und Dimensionierung eines BHKW bei vorgegebenen oberen und unteren Leistungsgrenze z 4224u0 44444n0 HnnHnnaannnnnnennnnnnneennnnnnennsnnnndennnnnnnen nennen nn 79 Abbildung 6 3 Systemnutzungsgrad W rmepreis und solarer Deckungsanteil Vergleich zwischen Berlin und Ramsar f r eine Beispielanlage 224440nssnnnnnnennnnnnnnennnnnennnnnnennnnnnnnnnnnnnnn nn 82 Abbildung 6 4 Darstellung der Bestimmung des minimalen saisonalen W rmespeicherungsbedarfs mit Hilfe der Energiesummenlinie neroa araar E EE N EAEE GAEE 83 Abbildung 6 5 Dimensionierung
130. e Kosten der Anlagen Einspeiseverg tung F r die Betreiberbilanz werden folgende zus tzliche Daten ben tigt Preisregelungen f r die Lieferung von W rme K lte und gegebenenfalls Strom an den Endverbraucher Strompreisregelung f r den Stromankauf des Betreibers vom Vorlieferanten z B EVU F r die Berechnung der Stromeinnahmen des Betreibers aus der Eigenstromer zeugung ist der Stromliefermodus und damit die anzuwendende Tarifstruktur ma geblich 5 2 3 Bilanzierung aus der Sicht eines EVU Die Kostenbetrachtung aus der Sicht eines EVU ber cksichtigt die Konsequenzen der Strom eigenerzeugung f r das betroffene EVU wenn a der Kunde Strombezug durch Eigenerzeugung substituiert EVU in der passiven Rolle b das EVU beim Verbrauchern die Heizzentrale mit der KWK Anlage betreibt EVU in der aktiven Rolle Dabei werden auch die resultierenden nderungen beim EVU ber cksichtigt Minderung des Strombezuges des EVU Die EVU Bilanz ber cksichtigt auch F lle in denen das EVU gleichzeitig Gas oder W rmelieferant ist Als Indikator f r das wirtschaftliche Ergebnis des EVU wird der Rohgewinn herangezogen der sich aus den Einnahmen aus dem Energieverkauf Strom Gas und W rme abz glich des Aufwandes f r die Energiebereitstellung Kosten der Eigenerzeugung Gasankauf ergibt F r die EVU Bilanz stehen drei Betrachtungsweisen zur Verf gung EVU in der passiven Rolle Hier wird dem heutigen Rohgewinn der zuk nftige Rohgewinn
131. e der R cklauftemperatur des W rmeverteilungsnetzes Der W rmespeicher wird durch die Solaranlage so lange aufgeheizt bis das oberste Speicherdrittel eine h here Temperatur als der R cklauf erreicht hat Die vorhandene thermische Energie wird an das Netz abgegeben Der lastseitige W rme bertrager wird in der Berechnung stark idealisiert und als verlustfrei angenommen Die Nachheizung entspricht dem Modell nach der in der ersten Anlagenkonfiguration verwendeten dezentralen Nachheizung V Solaranlage zur Direkteinspeisung ins W rmenetz System V wird vor allem bei gleichbleibendem W rmebedarf eingesetzt Kollektorseitig wird das W rmetransportmedium so lange im Kreis gefahren bis das zur Erw rmung des R cklaufs notwendige Temperaturniveau erreicht wird Die gewonnene thermische Energie wird direkt in das W rmenetz eingespeist 4 5 Meteorologische Gr en der Solareinstrahlung Grundlage f r eine sorgf ltige Dimensionierung solarer Anlagen ist die Auswertung vorhandener Messdaten f r Au entemperatur relative Luftfeuchtigkeit Bew lkung Sonnenscheindauer und Strahlung W hrend aus den vier ersten Klimaelementen die regionalen Klimamerkmale beschrieben werden k nnen liefert die Auswertung des Strahlungspotentials in Verbindung mit Verbraucherdaten Aussagen ber den m glichen Solaren Deckungsanteil Das Problem ist dass selten regelm ige Aufzeichnungen ber die solare Einstrahlung in den Entwicklungsl ndern vorliegen oder
132. ebenenfalls Strom an den Endverbraucher sowie die Strompreisregelung f r den Stromankauf des Betreibers vom Vorlieferanten z B EVU ein siehe Abschnitt 5 2 Die Tarifstruktur im Iran sieht keine Regelung f r den W rme bzw K lteverkauf vor Im Gegensatz zur europ ischen Tarifstruktur enth lt sie keine Kostendegression mit steigendem Verbrauch Aufgrund der staatlichen Preisregulierung zahlen Kleinverbraucher geringere Preise als Gro verbraucher und Zwischenh ndler Damit ist f r einen Betreiber der als H ndler zwischen EVU und Verbraucher steht kein wirtschaftlicher Gesch ftsbetrieb m glich Dies spiegelt sich in den Betreiberbilanzen aller drei Szenarien wider Tabelle 7 9 99 Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Investition 308 000 DM 792 500 DM 873 000 DM Einnahmen gesamt 19 469 DM 19 469 DM 20 715 DM Ausgaben gesamt 62 335 DM 127 408 DM 162 342 DM Jahresergebnis 42 865 DM 107 938 DM 141 628 DM Tabelle 7 9 Kostenbilanz aus der Sicht eines Betreibers f r Region Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 und KWK Szenario 2 So muss der Betreiber in jedem Fall den Strom beim EVU zu einem h heren Preis einkaufen als er beim Verkauf erzielen kann Die Verluste nehmen also mit dem Umsatz zu In den Alternativszenarien muss der Betreiber zus tzlich die kapitalgebundenen Kosten und die Betriebskosten der Solaranlage bzw des BHKW decken In Szenario 1 steigen damit die j hrlichen Verluste auf das
133. ebenfalls nicht ber cksichtigt werden kann Durch die Zeitunabh ngigkeit k nnen keine leit und regelungstechnischen Aufgaben wie zum Beispiel Mindeststillstandszeiten eines BHKW betrachtet werden Die Simulation kann nicht erkennen ob ein Modul in der vorherigen Stunde gelaufen ist oder nicht sie kann nur einen prozentualen Verf gbarkeitsfaktor f r jede Stunde mit einrechnen Das hat zur Folge dass die Summe der Energieerzeugung also die Jahresbilanz der Anlage richtig ist aber nicht jeder Tag genau abgebildet sein muss 4 1 Beschreibung der gew hlten Methoden zur Bedarfsanalyse Bei der Auswahl geeigneter Modelle stellt sich die Frage welche objektspezifischen Einflussfaktoren bei der Generierung der vorhandenen Daten ber cksichtigt werden sollen Hier wird davon ausgegangen dass die Jahreslastgangsynthese nicht mit einem einheitlichen Vorgehen f r alle denkbaren F lle und Energieanwendungen sinnvoll durchgef hrt werden kann Deshalb bietet die im Simulationsprogramm GOMBIS umgesetzte Verbrauchertypmethode verschiedene Optionen zur flexiblen Anpassung der Jahreslastgangsynthese an unterschiedliche Gegebenheiten Der Energiebedarf wird in GOMBIS durch Verbrauchertypen abgebildet Es kann eine beliebige Zahl von Verbrauchertypen sowohl f r ein Energieart als auch f r verschiedene Energiearten definiert werden In einem Szenario k nnen mehrere Verbraucher zusammengefasst werden um eine komplexe Energiebedarfssituation zu beschrei
134. ebotskurve vorgesehenes Regelsystem und W rmeverluste 82 Dabei wird im Rahmen dieser Arbeit ein passendes Regelsystem welches nur die berschussw rme speichert vorausgesetzt Der minimale Speichervolumenbedarf bei reiner berschussspeicherung kann nach Hadorn 158 ber drei Methoden bestimmt werden 1 Die _Leistungskurve Die Fl che der zu speichernden bersch sse anhand der Leistungsangebots und Nachfragekurven entspricht der minimalen Speicherkapazit t 2 Die Leistungsdauerlinie Durch das Auftragen des Angebotes und der Nachfrage als Funktion der Zeit in Stunden erh lt man die dem Produktions berschuss entsprechende Fl che Diese Methode ist jedoch nur f r eine W rmequelle mit nahezu konstanter Leistung brauchbar da ansonsten der Zeitpunkt in dem Angebot und Nachfrage bereinstimmen nicht bekannt ist 3 Die_Energiesummenlinie Die kumulierte Energie f r Angebot und Nachfrage Energiesummenlinien wird in monatlicher Aufl sung in einem Diagramm dargestellt Zum Startzeitpunkt sollte der Speicher leer sein Schnittpunkt Leistungsangebots und Nachfragekurve Abbildung 6 4 zeigt die Methode f r die Versorgung durch Solarenenergie sowie f r eine W rmequelle mit konstanter Leistung P Die Zeitachse umfasst ein Jahr und beginnt im April Die gr te Differenz C zwischen den beiden Kurven entspricht der maximalen Speicherkapazit t f r eine saisonale Speicherung Ko Ko D D LI L
135. egeln Bevor die konkreten Fallbeispiele berechnet werden sollen allgemeine Regeln f r die Dimensionierung und den Entwurf von Energieanlagen aufgestellt werden die die spezifische Situation im Iran ber cksichtigen Die fossil befeuerten konventionellen Anlagen wie Kessel oder BHKW werden nach gefordertem Spitzenleistungsbedarf dimensioniertt und ausgelegt Die Parameter Jahresenergiebedarf Umgebungstemperatur und allgemeine klimatische Gegebenheiten eines Ortes spielen hierbei eine untergeordnete Rolle Daher werden bei der Auslegung und Optimierung sowie Auswahl solcher Technologien vor allem wirtschaftliche Kriterien bzw umweltrelevante Aspekte ber cksichtigt F r die Auslegung solcher Anlagen in Entwicklungsl ndern kommen neben o0 g Kriterien die Beschaffung und Erhaltung Wartung und Instandsetzung dazu Die Einfuhr von ausl ndischen Serviceleistungen aus dem Planungs Betriebs und Instandhaltungsbereich ist sinnvoll wenn sie dem jeweiligen Entwicklungsstand angepasst sind Eine dem Entwicklungsstand angepasste Energietechnik verlangt einen entsprechenden Schutz und Automatisierungsgrad sowie eine Ausrichtung auf die Qualifikation des Personals und auf Instandhaltungsm glichkeiten im eigenen Land Aus Rationalisierungsgr nden ist es erforderlich m glichst gleiche Komponenten zumindest jedoch eine gro e Zahl gleicher Standardbauteile zu verwenden Dies ist schon aus Gr nden der Serienfertigung Ersatzteilhaltung und
136. eit sind ein Ausdruck des Niederschlagsdefizits in diesem Gebiet Angesichts der trennenden Wirkung des Zagros besteht der vierte nat rliche Gro raum aus den Tiefl ndern der Golfk stenregion Die sehr charakteristischen Kennzeichen dieser K stenregion vom Persischen Golf und Omansee sind hei e Sommerzeiten mildere Winterzeiten und eine hohe Luftfeuchtigkeit Als weiteres gemeinsames Kennzeichen gelten die absolute Frostfreiheit und die abgeschw chten Jahresschwankungen der Temperatur Die gebirgsnahe Region unterscheidet sich von der brigen Golfregion nur geringf gig Die gro e Salzw ste der Kavier und Lut geh ren zur f nften Zone In dieser fast unbewohnten Fl che von 28000 km werden mit Abstand die h chsten Temperaturen des Landes erreicht In einer Analyse des Klimas der W ste Lut kommt Stratil Sauer 14 zu der Auffassung dass hier wahrscheinlich die h chsten Temperaturwerte der Erde erreicht werden 15 1 In der Geologie werden f r den Iran 5 bis 7 Einheiten unterschieden in der Geographie sogar bis zu zehn Das Untergliedern in f nf Gro einheiten schien bei dieser Arbeit zweckm ig Bei einer mittleren Bev lkerungsdichte von 38 Einwohner je km ist der Iran relativ d nn besiedelt wobei sich die ethnisch heterogene Bev lkerung regional sehr unterschiedlich verteilt Die zwei Salz und Lutw sten mit etwa 17 der gesamten Landfl che beherbergen weniger als 1 der Bev lkerung 17 mehr als 70 der
137. eitraum Annahmen zur W rmebedarfsreduzierung durch verbesserte Isolation bauliche Ma nahmen und bessere Heiz und Regelsysteme ber eine Modifikation der spezifischen W rmebedarfswerte je Siedlungstyp ber cksichtigt werden Zukunftsabsch tzungen sind ber die Annahme durchgef hrter Einsparma nahmen m glich Bei einer einigerma en befriedigenden Datengrundlage stellt die Siedlungstypenmethode eine kosteng nstige Variante dar Im Rhein Main Gebiet 54s im Rhein Neckar Gebiet 54d und im Saarland 54j wurde die Siedlungstypenmethode f r die Untersuchungen fl chendeckend angewendet Im Landkreis Nienburg 54i und in Freiburg 54q wurden zur Erfassung des Ist Zustandes sowohl Geb ude als auch Siedlungstypen gebildet In Bremen 54e wurde die Methode im Zusammenhang mit der Erprobung der luftbildgest tzten Bestandsaufnahme angewendet 3 3 2 Geb udetypenmethode Die Geb udetypenmethode ist aus der Siedlungstypenmethode entstanden als erkannt worden ist dass deren Ergebnisse f r kleine Gebiete zu ungenau sind Der W rmebedarf liegt geb udescharf vor Es werden verschiedene repr sentative Geb udetypen definiert und diesen jeweils die H ufigkeit ihres Vorkommens bei der realen Bebauung zugeordnet Vorbereitend zur Typenbildung erfolgt die Unterteilung des Geb udebestandes nach Nutzungsart Lage und Gr e der Geb ude Die Kriterien zur Aufteilung richten sich nach der vorhandenen Bausubstanz Das hei t dass je nach Ausgangs
138. ektion auf st ndlicher Basis nicht m glich ist wird ihre explizite Ber cksichtigung als nicht sinnvoll erachtet Statt dessen werden sie implizit ber cksichtigt indem das Konzept der Tageslastg nge angewendet wird Hierf r wurden die Erfahrungen aus den Anwendungen der Typtagemethode nach VDI 2067 nach Baumgartner und Sawillion benutzt Durch die Verwendung von Tageslastg ngen kann die Nutzungsstruktur von Untersuchungsobjekten abgebildet werden Die Kombination von Typtagmethode und Tageslastgang ist prinzipiell f r alle Anwendungen thermischer Energie einsetzbar Allerdings ist es notwendig die Vorgehensweise in Abh ngigkeit von der Energieanwendung Prozessw rme Raumheizung Warmwasserbereitung zu differenzieren 4 1 1 Programmablauf zur Ermittlung des st ndlichen Energiebedarfs Nach der Aufteilung des Iran in f nf Regionen und die Anwendung der Siedlungstypmethode werden innerhalb jeder Siedlungstyp die Geb udetypen bestimmt Um die Tagessummen des W rmebedarfs zu bestimmen bestehen drei m gliche Datenquellen Abbildung 4 1 Messungen Tagessummen Monatsummen Berechnungen Normw rmbedarf Ergebnisse eines Geb udesimulationsprogramms Erfahrungswerte und Messungen die programmintern in einer Bibliothek abgelegt sind Um die Stundenwerte des W rmebedarfs aus errechnete bzw generierte Tagessummen des W rmebedarfs zu ermitteln wird die Verbrauchertypmethode angewandet Daf r wurden insgesamt sechs verschiedene Ver
139. ellen erschlossen werden k nnen Dar ber hinaus ist besonderes Augenmerk auf die kulturellen und strukturellen Voraussetzungen und 26 Gegebenheiten des Landes zu richten um die Aussagef higkeit erhobener und verwendeter Daten einsch tzen zu k nnen Die Befragung kann als Fragebogen Interview oder Gespr chsleitfaden erstellt werden J rg W Fromme 57 erprobte die Anwendung dieser Methode in Entwicklungsl ndern am Beispiel Jordaniens mit zufriedenstellenden Ergebnissen Die Indikatorenverfahren wurde bisher noch nie au erhalb von Deutschland angewendet Prinzipiell erscheint ihr Einsatz m glich Diese Methode k nnte die M glichkeit bieten mit geringem Erhebungsaufwand und wenig Datenmaterial kosteng nstig zu einer ausreichenden Planungsgrundlage zu gelangen Kennwerte beziehen sich jeweils auf Zusammenh nge und Abh ngigkeiten eines bestimmten Landes und sind damit regionsspezifisch Die in Deutschland verwendeten Indikatoren beziehen sich auf die dort festgestellte lineare Abh ngigkeit zum Energiebedarf Welche Daten als Indikator dazu in Frage kommen k nnten m sste Untersuchungsgegenstand eines Forschungsprojektes sein das zun chst kl ren m sste welche Datengrundlage in dem zu untersuchenden Gebiet vorhanden oder problemlos zu erheben ist Im n chsten Schritt muss ein m glicher statistischer Zusammenhang dieser Daten zum W rmebedarf gezeigt werden Im einfachsten Fall gibt die H ufigkeitsverteilung dazu einen
140. eln die realen Erzeugungskosten nicht wieder Weitere Verzerrungen resultieren aus der bestehende Tarifstruktur f r die verschiedenen Endenergietr ger und im Preisgef lle zwischen den Prim renergietr gern In der iranischen Energiepreispolitik sollten in Zukunft folgende Hauptaufgaben auf dem Programm stehen Ein schneller Anstieg des Verbrauchs an Mineral lprodukten innerhalb des Landes kann dazu f hren dass der Iran nach 2020 nur noch wenig Erd l exportieren kann Daher sollten Programme zur Energieeinsparung und zum Lastmanagement aufgelegt werden Die Energiepreispolitik beeinflusst sowohl die Energieerzeugung als auch den Energieverbrauch Niedrige Energiepreise verbessern die soziale Gerechtigkeit verhindern aber eine kommerzielle Ausbeutung der Ressourcen und damit Investitionen In diesem Spannungsfeld m ssen politische Kompromisse gefunden werden Dies kann durch die Umwandlung der indirekten Subventionen in direkte Subventionen und schrittweisen Abbau kontraproduktiver Subventionen realisiert werden Auf lange Sicht ist eine nachhaltige Ressourcenplanung und verwertung erforderlich Energiequellen m ssen ihrem konomischen Wert auf dem Weltmarkt gem bewertet und ihre Preise entsprechend gestaltet werden konomische Prinzipien wie Grenzkostenbetrachtungen und Effizienz in der Preisgestaltung sollten ber cksichtigt werden anstatt ausschlie lich auf rein finanzielle Analysen zu setzen Entsprechend den gegeben
141. emperatur hergestellt Der Projektion liegen dann der zeitliche Verlauf der Bestimmungsfaktoren f r ein ganzes Jahr sowie der Zusammenhang zwischen Energiebedarf und Bestimmungsfaktoren zugrunde Als methodisches Beispiel wird mit Hilfe des zeitlichen Verlaufs des W rmebedarfs eines Verbrauchers in einem Jahr der als Jahreslastgang bezeichnet wird dessen Jahresw rmebedarf ermittelt Dazu werden bekannte Methoden zur Generierung von Lastg ngen vorgestellt und eine Vorgehensweise zur Generierung von Jahreslastg ngen aus kurzfristigen Datengrundlagen bzw Ergebnissen eines Rechenverfahrens beschrieben Von den existierenden Ans tzen sollen einige kurz erw hnt werden 1 Typtagemethode nach VDI 2067 Der Jahresheizw rmebedarf kann anhand der VDI 2067 Berechnung der Kosten von W rmeerzeugungsanlagen 28 ermittelt werden nachdem zun chst der Norm Geb udew rmebedarf nach DIN 4701 berechnet wurde 17 2 Das Verfahren f r Energiekennzahlen nach G Hauser und G Hausladen 40 wurde 1993 vom Ministerium f r Raumordnung Bauwesen und St dtebau ver ffentlicht Die Energiekennzahlen in kWh m a erm glichen vor allem einen einfachen Vergleich verschiedener Geb ude 3 Die W rmeschutzverordnung 41 begrenzt den maximal zul ssigen Jahresheizw rmebedarff bei Neu und Umbauten unter Ber cksichtigung des Transmissions und L ftungsw rmebedarfs sowie der Erw rmung durch interne Quellen und Solareinstrahlung Sie erm glic
142. en die sich als Indikatoren f r den Energiebedarf eignen au ergew hnlich genau erhoben wurden In einer solchen Ausnahmesituation ist die Anwendung eines auf diesem Indikator beruhenden Verfahrens denkbar Berechnungsverfahren sind nicht allgemein anwendbar Diese Verfahren beruhen auf Normen und Richtlinien der industrialisierten L nder die im Iran keine G ltigkeit besitzen Die Bauweise ist oft uneinheitlich und die Baustoffe sind nicht immer genormt so dass die stoffspezifischen Werte im Vorfeld zun chst genauer bestimmt werden m ssten Typenmethoden sind geeignet den W rmebedarf zu bestimmen vorausgesetzt die Bebauung im Untersuchungsraum ist nicht zu heterogen und l sst sich in eine berschaubare Anzahl von repr sentativen Siedlungs oder Geb udetypen unterteilen Die Bestimmung des Bedarfs der einzelnen Typen sollte ber Berechnungen erfolgen Die einzelnen Typen sollten jeweils um den Strombedarf erweitert werden Auf welche Weise und mit welcher Genauigkeit der Strombedarf dabei ermittelt und zugeordnet werden kann muss in vorhergehenden Untersuchungen genauer gekl rt werden Als jederzeit anwendbare Methode und bei mangelhafter Datenbasis gangbare Alternative ist die Befragungsmethode anzusehen F r die Konzeption der Befragung ist zun chst wichtig ob zum Beispiel der W rmebedarf der Energiebedarf oder der derzeitige Bedarf an einem bestimmten Energietr ger abgesch tzt werden soll und welche Daten aus anderen Qu
143. en M glichkeiten sollten unterschiedliche Energiearten genutzt werden die nach den Kriterien der Verf gbarkeit und volkswirtschaftlicher Kosten nebeneinander im Energiemix eingesetzt werden Dies kann durch eine konsequente Politik zur Markteinf hrung erneuerbarer solarer Energien durchgesetzt 124 werden wie das Beispiel der Windkraftnutzung in Deutschland zeigt Bei netzgekoppeltem Betrieb wie er bei der Stromerzeugung die Regel ist bietet sich also das Instrument der gesetzlichen Einspeiseverg tung an Viele Technologien die bereits ausgereift und konstruktiv relativ einfach aufgebaut sind z B der solaren Warmwassererzeugung w rde allein eine etwas st rkere Internalisierung der externen Kosten zum Durchbruch verhelfen Auch eine Verordnungsl sung die bei neuerrichteten Geb uden die solare Brauchwassererw rmung zu einem bestimmten Prozentsatz vorschreibt w re angesichts der relativ geringen Zusatzbelastung bei der Integration in den Bauprozess problemgerecht Solange ein gro er Teil der Versorgung noch auf Technologien basiert die unabh ngig von der nat rlichen Variabilit t und dazu ausreichend flexibel sind z B kleinere KWK Anlagen ist es sinnvoll bei einem Netzverbund die noch verbleibende Anpassung mit diesen Technologien zu bewerkstelligen F r den Haushaltsektor sind die Ziele rationelle Energieverwendung sowie Nutzung einheimischer Gasreserven und erneuerbarer Energien von besondere Bedeutung Die technis
144. en mehrere Szenarien nebeneinander dargestellt werden Ergebnis der Berechnungen sind der Energiebedarf und die daraus resultierenden Jahresdauerlinien als auch die zur Energiebereitstellung durch KWK Kessel K lteerzeuger oder sonstige Energiebereitstellungskomponenten ben tigten Energiemengen Das Programm ist so konzipiert dass auch bei einer eingeschr nkten Datenlage Ergebnisse berechnet werden k nnen Dazu liegen Bibliotheken f r Tageslastg nge Bereit stellungsanlagen Emissionsfaktoren und Tarifstrukturen vor Das Programm errechnet den Gesamtenergiebedarf der einzelnen Szenarien die Laufzeit und die Energiebereitstellung der einzelnen Anlagenkomponenten Es werden die Kosten der W rme K lte und Strombereitstellung sowie der Prim renergieeinsatz und die Emissionsbilanz ermittelt Es k nnen Aussagen ber die Strombezugskosten auf Basis der jeweils geltenden Strompreisregelungen getroffen werden Die Simulation umfasst ein fiktives Betriebsjahr in dem f r jede Stunde des Jahres die Energiebilanz f r Bedarf und Bereitstellung gebildet wird GOMBIS betrachtet jede Stunde des Jahres getrennt und kann nicht auf die Vorg nge die in der Stunde zuvor geschehen sind zur ckgreifen Aus diesem Grund k nnen Speichereffekte des Systems nicht ber cksichtigt werden Es wird in jeder Stunde neu berpr ft wie hoch der Bedarf ist und wie er gedeckt werden kann Dies beinhaltet auch dass alles was innerhalb dieser Stunde passiert
145. en sie zu einer Minderung des solaren Deckungsanteils Dieser Verringerung l sst sich auch durch die Vergr erung des Speichervolumens nicht auffangen 1000 900 800 700 600 mm W rme Solar 500 W rme gesamt 400 Leistungsbedarf in kW 300 200 100 0 Pan 471 941 x o lt 1411 1881 2351 2821 3291 3761 4231 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 Stunden im Jahr Abbildung 7 5 Anteilige Deckung des W rmebedarfs durch eine Solaranlage Das BHKW erzeugt in j hrlich 3635 Volllaststunden 898 7 MWh W rmeerzeugung und deckt damit 64 9 des W rmebedarfs Abbildung 7 6 Dabei werden insgesamt 602 9 MWh Strom erzeugt von denen 75 MWh in das Netz eingespeist werden Von den 1166 9 MWh Strombedarf inkl 125 7 MWh Strom f r K lte liefert das BHKW 51 6 Daf r f llt ein Mehrverbrauch von 819 MWh Erdgas an Der Strombezug aus dem Netz betr gt 639 MWh 1000 900 800 700 4 wu W rme KWK 600 Strom KWK W rme gesamt Strom gesamt 500 Leistungsbedarf in kW 471 941 5 N lt Stunden im Jahr 1411 1881 2351 2821 3291 3761 4231 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 Abbildung 7 6 W rme und Stromerzeugung durch BHKW In Abbildung 7 7 wird der j hrliche Energiebedarf der verschiedenen Szenarien dargestellt die dazugeh rige Energiebereitstellung zeigt die Abbildung 7 8 97 1600 E Strom f r K lte 1400 E St
146. ende geringe Grad der Standardisierung bereiten allerdings noch Probleme in Planung Wartung und Betrieb welche den Vorteilen der Flexibilit t entgegen wirken Erste berlegungen zur Anwendung von Sonnenenergie zu K hlzwecken mit Hilfe von AKM finden sich in der Literatur seit den sechziger Jahren 141 142 143 Im Bereich der Klimatechnik wurden nach der lkrise f r Solarenergie bzw Abw rmenutzung geeignete AKM Anlagen kleiner Leistungen in den USA 144 145 146 in Japan 147 148 in Deutschland 149 150 und in geringerem Umfang auch in anderen L ndern 151 152 153 154 155 156 untersucht Es wurden im wesentlichen die Stoffpaare Ammoniak Wasser und Wasser Lithiumbromid auf ihre Eignung f r den Einsatz im Bereich der solarthermischen K hlanlagen untersucht Im Bereich kleiner Leistungen sind seit Anfang der achtziger Jahre mit dem Stoffpaar LiBr H gt O kontinuierlich arbeitende AKM kommerziell verf gbar In sonnenreichen L ndern wie dem Iran ist die Gleichzeitigkeit von Energiebereitstellung hohe Solareinstrahlung und Energiebedarf K ltebedarf im Sommer eine gute Voraussetzung f r den Betrieb einer solar beheizen Absorptionsk ltemaschine AKM Allerdings haben sich auch im Iran die AKM in der Praxis noch nicht durchsetzen k nnen da die zentrale Klimatisierung mehrerer Geb ude wesentlich komplexer ist als die individuelle K lte bzw W rmeerzeugung zu dem wurde sie bisher noch nicht erprobt Im Kapitel 7 wird
147. er Annahme einer gleichm ig ber den Tag verteilten Last k nnen mit weniger Kollektorfl che und kleinerem Speicher ein h herer solarer Deckungsanteil erreicht werden als bei einem realen Tageslastgang Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen im Iran f hren trotzdem dazu dass die solaren W rmegestehungskosten weit unter den in Deutschland erzielbaren Werten liegen Im Vergleich zum Szenario mit Solarenergienutzung liegen in der Region Ramsar sowohl W rme als auch Stromgestehungskosten bei Einsatz von KWK weit h her Die Rolle eines Betreibers in der Funktion eines H ndlers zwischen Erzeuger und Verbraucher ist in keinem Szenario wirtschaftlich darstellbar In den weiteren Betrachtungen wird daher diese Sichtweise nicht mehr ber cksichtigt 101 7 4 2 Klimaregion II Tabriz Genau wie in Ramsar besteht in Tabriz acht Monate im Jahr Heizw rmebedarf und 4 Monate K ltebedarf Insgesamt werden 1900 MWh W rme Spitzenlast 1577 kW und 81 MWh K lte Spitzenlast 91 kW ben tigt Auf die Spitzenlast ausgelegte Kessel und K lteerzeuger erreichen 1205 bzw 890 Volllaststunden im Jahr Der Strombedarf schwankt innerhalb des Jahres nur geringf gig um 160 kW s Abbildung 7 9 Leistungsbedarf in kW 471 941 4231 4701 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 N M 1411 1881 2351 2821 3291 pi N N r Stunden im Jahi Abbildung 7 9 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Tabriz Im Basissze
148. er Einwohnerzahl erweitert worden um so eine Vergleichsm glichkeit zu schaffen Tarifraummethode Die Tarifraummethode entstand Mitte der 70er Jahre vor dem Hintergrund dass die Daten der GWZ 68 teilweise veraltet waren und die erhofften neuen Daten der Volksz hlung noch nicht vorlagen Der Aufwand zur Aktualisierung der alten Daten w re relativ hoch gewesen Grundlage waren daher die damals bis Ende der 80er Jahre von den Stromversorgern zur Stromgrundpreisfestlegung kontinuierlich erhobenen Tarifraumzahlen Auf genau diese Datei wurde das Verfahren zugeschnitten Dieses Abrechnungsverfahren wurde jedoch Ende der 80er Jahre eingestellt Insofern kann und wird das Tarifraumverfahren heutzutage in dieser Form nicht mehr zum Einsatz kommen In Kassel 53 wurde das Tarifraumverfahren blockbezogen f r das Gesamtkonzept angewendet f r ausgesuchte Detailuntersuchungen kam jedoch die Geb udetypenmethode zum Einsatz Ferner wurde das Tarifraumverfahren in Gelsenkirchen 53 angewendet Der Grundgedanke der Kennwertmethode ist f r bestimmte Geb udeklassen empirische Kennwerte f r den Endenergieverbrauch an Raumw rme zu ermitteln die sich aus den Daten die normalerweise bei den Stadtwerken vorhanden sind interne Daten ermitteln lassen Dar ber hinaus lassen sich auch weitere Datenquellen verwenden externe Daten Die zur Verf gung stehende Datenbasis aus Prim rdateien enth lt auf Geb ude und Wohnungsebene Einzelinformationen ber baulic
149. er GUS umgeben Bereits ein erster Blick auf die Gliederung des Landes zeigt einige wesentliche Aspekte der naturr umlichen Gro einheiten des Landes Der nahezu symmetrische Aufbau des Hochlandes im Iran legt es nahe die nat rlichen Landschaftstypen in f nf naturr umliche Gro einheiten 9 10 11 12 13 zu untergliedern siehe Abbildung 2 1 Das s dkaspische Tiefland das sichelf rmig die S dk ste des Kaspischen Meers begleitet stellt einen ber 500 km langen und meist nur wenige Kilometer breiten Schwemmlandstreifen dar Zum gr ten Teil unter dem Niveau der Weltmeere gelegen wird es von einer Vielzahl von B chen und Fl ssen verschiedener Gr e durchstr mt Die Gebirgsz ge Alborz und Zagros die den Durchgang des mediterranen Klimas ins Hochland des Iran verhindern haben extrem lange Sommer und Winterzeiten wobei der j hrliche Niederschlag zwischen 312 und 486 mm liegt Als weitere klimatische Eigenschaft gelten die im Sommer hohen Temperaturen im Tal und die im Winter tiefen Temperaturen im Hochgebirge Das iranische Hochland am Rande der beiden Gebirgsz ge ist die dritte naturr umliche Gro einheit Die ganzj hrig ungehinderte Sonneneinstrahlung heizt die nur durch eine geringe Vegetationsdecke gesch tzten Binnenbecken stark auf Trotz sommerlicher H chstwerte und hoher monatlicher und j hrlicher Durchschnittstemperaturen ist winterlicher Frost nicht unbekannt Der Vegetationsmangel oder die Vegetationslosigk
150. eratur Berechnung des W rmespeichers incl Last und Nachheizung Pumpe aus Nein Pumpe an Temperaturdifferenz Kollektoraustritt Speichertemperatur gr er als Ausschaltdifferenz Temperaturdiffernz Kollektoraustritt Speichertemperatur gr er als Einschaltdifferenz Nein Ja Nein Ja y v Yy Berechnung des Berechnung des Berechnung der gesamten Anlage mit W rmespeicher Pumpe an Berechnung der gesamten Anlage mit W rmespeicher Pumpe an W rmespeichers incl Last und Nachheizung Pumpe aus W rmespeichers incl Last und Nachheizung Pumpe aus N chste Jahresstunde Abbildung 4 15 Ablauf der Rechnung in PRAXOSOL f r eine Jahresstunde 61 4 4 2 PRAXOSOL Aufbau Bedarfssituation Geb ude ermitteln GOMBIS gt a j Praxoges Durch Solaranlage ver nderter Bedarf Eingabeform Bedarfssituation Praxosol I Nachheizung 52 A gt S A ingabe Kollektordaten f und Standort der Anlage SQ A N Eingabe Rohrleitungen DS N Da Eingabeform Simulation Eingabe aten W rmespeicher I bernehmen Eingabe Startwerte Zr Ze I 2 Abfrage Nicht geladen meteor Daten Eingabe Nachheizung nn Eingabeform vwY meteor Daten Bibliotheken Kollektoren Isolationsmaterial
151. erechnung des W rmebedarfs von Geb uden Beuth Verlag Berlin 1983 b DIN 4701 Teil 3 Ausgabe 1989 Regeln f r die Berechnung des W rmebedarfs von Geb uden Beuth Verlag Berlin 1989 c DIN 4701 Ausgabe 1959 Regeln f r die Berechnung des W rmebedarfs von Geb uden Beuth Verlag Berlin 1959 37 Recknagel Sprenger Schramek Taschenbuch f r Heizung Klimatechnik 94 95 Oldenburg Seite 1666 38 Ihle Claus Erl uterungen zur DIN 4701 83 mit Beispielen Werner Verlag GmbH D sseldorf 1984 39 Ruppmann H Stolte C Methoden der Energiebedarfsanalyse Studienarbeit an der TU Berlin Institut f r Energietechnik Berlin 1996 40 Hauser G und Hausladen G Gesellschaft f r rationelle Energieverwendung e V Energiepass Version 3 0 Energiekennzahlen zur Beschreibung von Geb uden Baucom Verlag B hl Iggelheim 1991 41 Verordnung ber einen energiesparenden W rmeschutz bei Geb uden W rmeschutzverordnung Bundesgesetzblatt Nr 55 Bonn 1994 42 Energeb Energiebewusste Geb udeplanung Institut f r Wohnen und Umwelt IWU im Auftrag der Hessischen Landesregierung Darmstadt 1989 43 Klien Jobst Planungshilfe Blockheizkraftwerke Ein Leitfaden f r Planer und Betreiber Praxis Kraft W rme Kopplung Band 3 Verlag C F M ller Karlsruhe 1991 127 44 ISO 9164 Thermal Insulation Calculation of space heating requirements for residential buildings International Organization for Standardisation Genf 1989
152. erlaubt den wirtschaftlichen Einsatz einer zentralen K lteversorgung mit einer KKM Die K ltegestehungskosten werden auf ein Drittel reduziert Der Warmwasserbedarf kann durch eine thermische Solaranlage wirtschaftlich gedeckt werden Die solaren W rmegestehungskosten betragen 77 der Mischw rmegestehungskosten 7 4 4 Klimaregion IV Bandar Abbas Bandar Abbas unterscheidet sich in W rme und K ltebedarf deutlich von den anderen Regionen Es besteht kein Heizw rmebedarf F r die Warmwasserbereitung werden 341 3 MWh im Jahr ben tigt Die Spitzenleistung betr gt 174 kW die Vollaststundenzahl liegt damit bei 2020 h im Jahr Der K ltebedarf von 1251 MWh verteilt sich ber das gesamte Jahr So werden bei einer Spitzenleistung von 491 kW 2625 Vollaststunden erreicht 113 Leistungsbedarf in kW N N a 471 941 lt x o lt v lt 1411 1881 2351 2821 3291 3761 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 Stunden im Jahr Abbildung 7 20 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Bandar Abbas Die Konzeption der Szenarien konzentriert sich auf die K ltebereitstellung Alle Alternativszenarien enthalten ein K ltenetz das aber unterschiedlich versorgt wird In Szenario 1 soll eine thermische Solaranlage gekoppelt mit einem Spitzenkessel den W rmebedarf decken w hrend eine KKM die K lte erzeugt In Szenario 2 sind BHKW Kessel und eine AKM in einer KWKK kombiniert Szenario 3 erg nzt die
153. ersuchungsraumes und nach Baustruktur ebenfalls sehr stark Teilweise wurden bis zu 1 500 Zellen gebildet Nun werden die Wohnfl chen der einzelnen Zellen mit den spezifischen W rmebedarfswerten der zugeh rigen Siedlungstypen multipliziert Daraus ergibt sich der Bedarf je Planzelle der nun auf eine h here Ebene wie z B Bezirk Gemeinde oder Region hochgerechnet werden kann Vor und Nachteile In Deutschland sind mittlerweile relativ viele Siedlungstypen gebildet worden Es ist daher h ufig schnell und einfach m glich diese auf die jeweiligen Anforderungen im Untersuchungsraum umzuarbeiten Es m ssen nicht mehr f r jede Untersuchung s mtliche Typen neu entwickelt berpr ft und durchgerechnet werden Beachtet werden muss allerdings dass gr ere Abweichungen insbesondere bei den Citygebieten festzustellen sind bedingt durch die unterschiedlichen Baudichten Nutzungsarten und Frei und Verkehrsfl chenanteile Der Erhebungsaufwand h ngt stark von den u eren Bedingungen ab Stimmen viele der in den Grundsatzstudien entwickelten Siedlungstypen mit denen der Untersuchung berein so muss nur noch die Zuordnung erfolgen Die Verkn pfbarkeit mit luftbildgest tzten Bestandsaufnahmen ist sehr gro So ist es recht einfach und schnell m glich die Zuordnungen zu den jeweiligen Siedlungstypen zu treffen Die Fortschreibungsf higkeit wird durch eine solche Kombination sehr beg nstigt Im Falle der Fortschreibung wird das Gebiet einf
154. etrachtet man jedoch die spezifischen Gegebenheiten und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen bei der Projektplanung stellt man fest dass die Voraussetzungen f r eine fundierte Energieplanung in Entwicklungsl ndern meist nicht gegeben sind So stellt die in fast allen Entwicklungsl ndern d rftige Datenbasis das Haupthindernis f r die Energieplanung dar Die notwendigen Daten f r die Energieplanung sind nur mit einem enormen finanziellen und zeitlichen Aufwand zu beschaffen K nnen mittels geeigneter Methoden oder kombinierter Methoden aus den vorhandenen Energiebedarfsdaten die erforderlichen Grundlagen f r die Erstellung eines Energieversorgungskonzeptes bereitgestellt werden In wie weit k nnen die Erfahrungen und die Methoden aus den Industriel ndern hierf r genutzt werden Als ein weiterer wesentlicher Engpass erweist sich bedingt durch die Komplexit t der Energieprobleme in Entwicklungsl ndern der Mangel an Experten die der geforderten notwendigen Systemanalyse und der Multidisziplinarit t gerecht werden Hinzu kommt dass meist eine gro e Heterogenit t bez glich des Entwicklungsniveaus der Energieverf gbarkeit der Einsatzm glichkeiten erneuerbarer Energietr ger zwischen Stadt und Land arm und reich existiert Die in den Entwicklungsl ndern anzutreffende Heterogenit t ist im Allgemeinen von zweierlei Art regional und lokal Regionale Heterogenit t bezeichnet die Unterschiede der Energieverf gbarkeit zwischen vers
155. etzt Die Ergebnisse der Studie f r 43 Standorte in unterschiedlichen Gebieten zeigen dass am Kaspischen Meer mit 2 8 bis 3 8 kWh m die niedrigste Solareinstrahlung und in Zentraliran mit 4 5 bis 5 2 kWh m die h chste Solareinstrahlung zu verzeichnen ist Abbildung 2 2 Die Bev lkerung l sst sich nach ethnischen Gesichtspunkten in acht gro e Gruppen einteilen Perser 51 Azarbaijani 24 Gilaki und Mazandarani 8 Kurden 7 Araber 3 Luren 2 Balutschi 2 Turkmenen 2 und andere 1 Die mittlere Anzahl der Sonnenscheintage im Jahr betr gt zwischen 92 2 Tag Jahr im Norden Rascht und 293 7 Tag Jahr im S den Bandarlenge 20 Die mittlere j hrliche Sonnenscheindauer liegt bei 1300 h in Rascht und 3154 h in Bandarlenge 21 Das gesamte Windenergiepotential des Landes wird auf 6500 MW gesch tzt Bis heute wurden vier Windkraftanlagen mit insgesamt 1610 kW in Betrieb genommen Die weitere Nutzung der Windenergie h ngt von der Preisentwicklung der fossilen Energietr ger auf dem Weltenergiemarkt und der H he der spezifischen Investitionen pro kW Leistung der Windkraftanlagen ab Nach einer Wirtschaftlichkeitsberechnung f r Windkraftanlagen mit einer Leistung zwischen 100 und 300 kW liegen die Investitionen pro kW Leistung bei 1035 1265 US und die Gestehungskosten zwischen 5 10 Cents pro kWh F r die Berechnungen wurde von einer mittleren Windgeschwindigkeit zwischen 6 5 und 8 5 m s ausgegangen 2
156. fahren beschrieben mit denen Jahreslastg nge anhand von Jahres bzw Monatswerten des Brennstoffverbrauchs oder anhand von Planungsdaten konstruiert werden k nnen Liegen lediglich Jahreswerte des Brennstoffverbrauchs vor werden diese zun chst nach VDI 2067 Blatt 1 52 in Monatswerte aufgeschl sselt Mittels der statistischen Analyse von monatlichen Brennstoffverbr uchen und Gradtagzahlen wird der Grundlastanteil bestimmt Der au entemperaturabh ngige Anteil des W rmebedarfs wird mit Hilfe des typischen Verlaufs der Au entemperatur z B Testreferenzjahr TRY in Stundenwerte aufgeschl sselt Dabei wird eine lineare Abh ngigkeit des W rmebedarfs von der Au entemperatur angenommen F r den Fall dass nur der W rmebedarf bei Auslegungstemperatur als Planungswert bekannt ist wird der W rmebedarf f r jede Stunde jedes Heiztags unter Verwendung des Verlaufs der Au entemperatur nach dem TRY berechnet Auch dabei wird von einer linearen Abh ngigkeit von W rmebedarf und Au entemperatur ausgegangen Mit dem Verfahren ergibt sich wie bei Baumgartner 51 ein Jahreslastgang der w hrend der Heizperiode nicht aus identischen Bausteinen besteht Objektspezifika wie morgendliche Aufheizphasen oder n chtliche Vorlauftemperaturabsenkung zur Absenkung der Raumtemperatur k nnen damit nicht abgebildet werden Vor und Nachteile Berechnungsverfahren stellen innerhalb der untersuchten Methoden diejenigen mit der h chsten Genauigkeit dar Auf
157. fizienten L ftungsmodell Feste Luftwechselzahl vorgegeben Feste Luftwechselzahl vorgegeben Klimadaten Windrichtung Lufttemperatur Windgeschwindigkeit Direkte Sonnenstrahlung Lufttemperatur Diffuse Himmelsstrahlung Direkte Sonnenstrahlung Luftfeuchte Diffuse Himmelsstrahlung Langwellige Ausstrahlung Atmosph rische langwellige Gegenstrahlung interne W rmequellen Konstante Dauerleistung ber das gesamte Ber cksichtigung von Tagesgangprofilen f r Jahr Personen elektrischen Ger ten Kochen und Lichtquellen ideale tr gheitslose Warmluftheizung ideale tr gheitslose Warmluftheizung Tabelle 4 2 Gegen berstellung der Simulationsmodelle PRAXOGES und TRNSYS Weiterhin wurde in Rahmen einer Diplomarbeit 89 die Abh ngigkeit des Geb udeheizw rmebedarfs von den w rmephysikalischen Eigenschaften der Geb udeh lle und des Nutzerverhaltens berpr ft Ein typischer Plattenbau in Moskau diente als Untersuchungsobjekt In diesem Geb ude wurden ber einen langen Zeitraum Energiebedarfswerte Warmwasser Heizung Strom aufgenommen und eine Gesamtrekonstruktion des Geb udes unter energiesparenden Gesichtspunkten durchgef hrt F r die Simulation wurde das Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES als Programmteil von GOMBIS verwendet Die Arbeitsf higkeit des Programms wurde unter russischen Bedingungen nachgewiesen und im weiteren k nnte PRAXOGES erfolgreich als Planungsinstrument f r den Geb udeheizw rmebedarf nach der Durchf hr
158. g decken davon 21 und sparen so im Vergleich zum Basisszenario 372 MWh Brennstoff ein s Abbildung 7 13 In Szenario 2 liefern die BHKW 60 8 der W rme s Abbildung 7 10 und erzeugen dabei 736 8 MWh Strom Von diesem Strom werden 178 MWh in das Netz eingespeist der Rest deckt 58 8 des Strombedarfs Insgesamt entsteht in Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario ein Mehrverbrauch von 985 MWh Erdgas 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 4 500 400 300 200 100 0 EE W rme KWK Strom KWK W rme gesamt Strom gesamt Leistungsbedarf in kW Bi 471 941 1411 1881 2351 2821 3291 3761 lt an o N lt 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 Stunden im Jahr Abbildung 7 10 W rme und Stromerzeugung durch BHKW In Szenario 3 erzeugen 1110 m Photovoltaik 1000 Module a 1 11 m Nennleistung je Modul 120 W 243 1 MWh elektrische Energie und decken damit 20 4 des Strombedarfs 2 9 MWh werden nicht direkt verbraucht sondern ins Netz eingespeist s Abbildung 7 11 300 N a N o o E Strom PV Strom gesamt 100 Leistungsbedarf Strom in kW a a e lt lt 3 lt un N oO lt 9 N y N N 9 M 5171 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 N M Stunden im Jahr Abbildung 7 11 Jahresdauerlinie Strombedarf und Strombereitstellung durch PV Anlage 103 2
159. g der Nutzenergie durch die verf gbaren Anlagen abh ngig von vorgegebenen technischen Daten J und Betriebsparametern wie z B den Teillastdaten ermittelt K lteanlage Ermittlung des Die Energiebereitstellungsanlagen werden immer in der gleichen W rme bzw Strombedarfs f r Reihenfolge abgearbeitet K ltebereitstellung K ltebereitstellung Falls K ltebedarf vorliegt und die entsprechenden l K ltebereitstellungsanlagen definiert sind wird zuerst der K ltebereitstellungsprozess simuliert Je nach K lteprozess Kompressionsk lte Absorptionsk lte wird der Strom bzw Solaikollektoranlage W rmebedarf f r die K ltebereitstellung errechnet Das Ergebnis wird J dem vorhanden Strom und W rmebedarf hinzuaddiert Solarkollektor PV Der Ertrag aus der Bereitstellung erneuerbarer Energie wird entsprechend der Einstrahlung bestimmt Der Ertrag der Photovoltaikanlage Solarkollektoranlage wird vom Gesamtw rmebedarf abgezogen Die Bilanzierung des Stromertrags der PV Anlage h ngt von der Einstel l lung und der Betriebsweise der PV Anlage ab Ist die Betriebsweise auf Netzspeisung eingestellt erfolgt keine Eigenbedarfsdeckung KWK Anlagen KWK Anlage Falls Strombedarf vorliegt wird er soweit wie m glich durch die Eigenerzeugung gedeckt Die Einstellung der Betriebsweise l bestimmt ob bersch ssiger Strom erzeugt wird Der verbleibende Strombedarf muss aus dem Netz bezogen werden Der verbleibende
160. genschaften am Beispiel eines Zweifachisolierglases Die Gesamtstrahlung Iges die in den Raum gelangt ergibt sich zu Iges 7 Tl ajl gel 4 20 Der Gesamtenergiedurchlassgrad g wird im verwendeten Geb udemodell als rechnerische Ausgangsgr e genommen Er ist z B in der DIN 4108 W rmeschutz im Hochbau 78 f r viele Verglasungsarten tabelliert Des weiteren k nnen ber die Beziehung Gr _ 0 87 b s 4 21 41 mit b als Durchlassfaktor nach VDI 2078 Berechnung der K hllast klimatisierter R ume 79 weitere Verglasungen miteinbezogen werden Der Strahlungsgewinn durch Fenster wird wie folgt beschrieben Osr Ac gr zZ 4 22 mit Osr Strahlungsw rmestrom des Fensters AG Fl che der Verglasung und z Abminderungsfaktor nach DIN 4108 Der Abminderungsfaktor z ber cksichtigt tempor re Sonnenschutzvorrichtungen und ist z B in der DIN 4108 oder DIN 4701 f r verschiedene Ma nahmen tabelliert Damit werden in PRAXOGES die Fenster durch die Fl che den Energiedurchlassgrad und den Abminderungsfaktor charakterisiert 4 2 3 W rmeverlust erdber hrter Bauteile Die exakte Behandlung der W rmeverluste an das Erdreich ist wesentlich aufw ndiger als die W rmeverluste au enluftber hrter Bauteile da sowohl die Dreidimensionalit t als auch die Instationarit t des Problems nicht vernachl ssigt werden darf Als Ausgangspunkt f r die Berechnungen wird ein numerisches Verfahren von Heynert 80 herangezogen d
161. gibt einen berblick ber den monatlichen Energiebedarf in f nf St dten im Iran Ramsar Terz Shiraz BandarAbbss Kerman Strom W rmebedarf K lte W rmebedarf K lte W rmebedarf K lte W rmebedarf K lte W rmebedarf K lte WW Heizen WW Heizen WW Heizen WW Heizen WW Heizen Jan 88 2 50 0 180 6 0 54 6 352 3 0 49 8 250 7 0 38 0 0 0 O 47 0 186 3 0 Feb 79 6 42 3 231 2 0 145 9 297 3 O 41 8 173 7 0 32 0 0 0 0 39 6 113 3 0 Mrz 88 2 41 6 167 6 0 44 6 203 8 0 40 6 97 6 0 31 1 0 0 16 38 6 85 6 0 Apr 77 2 34 7 41 6 0 36 8 39 3 0 33 3 12 9 0 25 6 0 0 83 31 8 1 8 0 Mai 79 8 31 1 0 0 0 32 6 22 1 0 29 4 0 0 1 22 7 0 0 142 28 3 0 0 17 Jun 77 2 27 6 0 0 5 28 7 0 0 6 25 8 0 0 76 20 0 0 0 212 24 9 0 0 99 Jul 90 5 28 5 0 0 16 29 7 0 0 27 26 7 0 0 113 20 6 0 0 236 25 8 0 0 177 Aug 90 5 31 1 0 0 29 32 6 0 0 44 29 4 0 0 99 22 7 0 0 237 28 3 0 0 161 Sep 87 6 34 7 0 0 4 36 8 0 0 4 33 3 0 0 15 25 6 0 0 166 31 8 0 0 29 Okt 81 2 41 6 8 1 0 44 6 1 1 0 406 12 4 0 31 1 0 0 105 38 6 0 0 0 Nov 78 5 45 3 56 2 0 1492 122 4 0 448 27 0 0 34 2 0 0 54 142 4 39 0 0 Dez 81 2 50 0 175 1 0 54 6 371 9 0 149 8 225 9 0 38 0 0 0 0 47 0 217 6 0 Summe 1000 458 4 860 3 490 6 1410 1 445 1 800 2 341 3 1251 423 9 643 5 Tabelle 7 3 berblick ber den monatlichen Energiebedarf in f nf repr sentativen St dte im Iran 1410 1 1400 1200 1000 800 600 400 200 pro
162. he energietechnische und nutzungs bestimmende Faktoren Voraussetzung zur Anwendung der Methode ist dass die internen Daten vorliegen Alle zus tzlichen Daten k nnen hilfreich sein sind aber keine notwendige Erg nzung Die Daten m ssen zu einer gemeinsamen Datei zusammengefasst werden und auf Plausibilit t berpr ft werden Aus dem zur Verf gung stehenden Datenbestand werden nun die Geb ude herausgesucht bei denen alle relevanten geb udetechnischen Daten zentrale Erdgasversorgung gemessener Energieverbrauch und keine Extremwerte bei wichtigen Parametern vorliegen Anhand dieser Geb udedaten werden statistische Voruntersuchungen angestellt Ergeben diese eine hnliche H ufigkeitsverteilung zwischen unabh ngigen Indikatoren und dem Energieverbrauch kann von einem linearen Zusammenhang ausgegangen werden In Kaiserslautern wurde ein lineares 3er Modell angewendet In Ludwigshafen wurde ein Methodenvergleich mit der Ruhrgasmethode durchgef hrt in D sseldorf wurde die Methode mit den Daten der Gas und lheizung verglichen 53m Dar ber hinaus wird die Kennwertmethode in gro en Teilen des Ruhrgebietes eingesetzt 3 5 Methodenkombinationen und varianten Die behandelten Methoden sind in der Praxis oft nicht eindeutig voneinander zu trennen Sie gehen ineinander ber werden miteinander kombiniert oder erg nzen sich gegenseitig in Teilbereichen zur Gesamtanalyse Gewisse baustrukturelle Aspekte hneln sich beispielsweise oft S
163. hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit analysiert werden Jede Methode muss dabei da die Rahmenbedingungen unterschiedlich sind an die spezielle Situation des Irans angepasst werden Im Folgenden werden die Methoden jeweils kurz diskutiert und es wird eine Einsch tzung abgegeben Es kann sein dass in bestimmten Regionen Bedingungen vorliegen die der allgemeinen Einsch tzung der Anwendbarkeit entgegenstehen Aus diesem Grund wurden auch die offensichtlich nicht anwendbaren Methoden im ersten Teil dieses Kapitel erl utert Alle untersuchten Methoden lassen den Strombedarf unber cksichtigt Aussagen dar ber sind f r die Planung im Iran aber wichtig Deshalb muss bei den Verfahren die zur Anwendung kommen sollen berlegt werden wie Informationen zum Strombedarf in die methodische Vorgehensweise eingeflochten werden k nnen Tarifraumverfahren Wohnfl chenmethode scheiden als Anwendungsm glichkeiten von vornherein aus da die ben tigte Datenbasis nicht vorhanden ist Diese Methoden sind in Deutschland entwickelt worden und beziehen sich auf sehr spezifische hier vorhandene Datenquellen und formate L ndliche Regionen aber auch Gebiete in gr eren Ballungsr umen sind oft weder an das Stromnetz angeschlossen noch in sonst einer Form leitungsgebunden versorgt so dass die ben tigten Verbrauchsstatistiken nicht vorliegen Zuverl ssige Angaben zu den Wohnfl chen sind schwer erh ltlich In Einzelf llen kann es sein dass bestimmte Dat
164. hische Breite p Somit ist die Wahre Ortzeit twoz gleich twoz tkon E 4 Ast Mok 4 79 In dieser Gleichung stellen tkon die gesetzliche Zeit A4 15 den Bezugsl ngengrad und E die Zeitgleichung in Minuten dar Die Zeitgleichung lautet E 0 0066 7 3525 cos t 85 9 9 9359 cos 2 th 108 9 0 3387 cos 3 th 105 2 4 80 Die Gleichung korrigiert den Unterschied zwischen der mittleren Sonnenzeit und der gesetzlichen Zeit hierbei steht 7 f r 360 t 365 25 und t f r die Tagesnummer gez hlt vom 1 Januar t 1 an 65 Der Stundenwinkel dr ckt die regelm ige Drehung der Erde um ihre Achse aus Sein Wert ist vormittags negativ nachmittags positiv und im S den gleich Null Er kann mit Hilfe der Gleichung 12h tyoz 15 h 4 81 berechnet werden Der Deklinationswinkel ist der Winkel zwischen dem Sonnenmittelpunkt und dem Himmels quator und wird nach 113 durch die empirische Beziehung 2m 23 45 COS ta 10 ne berechnet Betrachtet man das Himmelsgew lbe als eine scheinbar hohle Kugel bewegt sich die Sonne von jedem festen Betrachtungspunkt aus gesehen auf einer Bahn Die momentane Position der Sonne wird durch ihre H he h und ihren Azimut a definiert F r den H henwinkel und den Azimutwinkel gilt h arcsin cos cos sin sin 4 83 Simp MDF EINS 35 21 00h cos cosh sin sinh sind cos cosh
165. hren Diese typischen klimatischen Regionen sind so auch in vielen anderen Entwicklungsl ndern zu finden so dass die Ergebnisse und vor allem die Methoden auf diese L ndern bertragen werden k nnen und sollten Um solche Versorgungskonzepte planen und die dazugeh rigen Anlagen auslegen zu k nnen ist eine zuverl ssige Bedarfsanalyse notwendig Die Basis f r die fundierte Erstellung eines Energiekonzeptes sind Jahreslastg nge f r Strom W rme Heizung und Warmwasser sowie K ltebedarf in Stundenaufl sung Hierzu werden die g ngigen Verfahren und Methoden zur Berechnung des W rme und K ltebedarfs nach ihrer Eignung f r die Anwendung in Entwicklungsl ndern untersucht Die bestehende Datenlage erlaubt nicht dass nur eine Methode angewendet wird vielmehr ist eine Kombination von Methoden erforderlich Detaillierte Rechnungen f r Versorgungsszenarien erforderten die Entwicklung eines Programmpaketes mit Hilfe dessen der gesamte Planungsgang von Bedarfsanalyse ber Varianten der Energiebereitstellung bis zur Wirtschaftlichkeitsberechnung durchlaufen werden kann Die Bedarfsanalyse erlaubt die Generierung von stundenaufgel sten Jahresg ngen auch bei geringer Datendichte Sie beruht auf sogenannten Verbrauchertypen die je nach Datenlage eine Kombination von Typtagmethode und Berechnungsverfahren anwenden Der Energiebedarf von Geb uden wird in einem unabh ngigen Modul berechnet das auf quasistation ren bzw quasidynamischen Model
166. ht ebenfalls eine Vergleichbarkeit der Geb udeh llen Ein voraussichtlicher Bedarf ist mit ihr hingegen nicht zu berechnen 4 Das Verfahren ENERGEB Energiebewusste Geb udeplanung 42 wurde 1989 vom Institut f r Wohnen und Umwelt IWU auf Basis der Schweizer Norm SIA 380 1 Energie im Hochbau entwickelt 5 Bestimmung des st ndlichen W rmebedarfs nach Klien 43 Auf Basis des Normw rmebedarfs der Rauminnentemperatur Heizgrenz Tagesg nge und des meteorologischen Parameters Au entemperatur kann die Heizw rmebedarfsbestim mung f r jede Stunde des Jahres durchgef hrt werden Im Temperaturbereich zwischen Normau entemperatur und die Heizgrenztemperatur W rmebedarf 0 werden die W rmegewinne und Einsparungen durch Verbraucherverhalten ber einem expo nentiellen Korrekturfaktor ann herungsweise ber cksichtigt 6 Ein weiteres Verfahren ist in der internationalen Norm ISO DIS 9164 44 enthalten Diese orientiert sich an Tagesg ngen und Referenzjahren Die W rmeverluste werden ber Tag und Monat zum Jahresbedarf aufaddiert 7 Soll der Jahresheizw rmebedarf nur berschl gig bestimmt werden so ist dies ber die Vollbenutzungsstundensch tzung m glich 37 Da es sich um geb udescharfe Rechenverfahren handelt werden vor allem die messbaren Einfl sse und technischen Daten ber cksichtigt Diese werden aus den Bauakten der Geb ude den Hausakten der kommunalen Verwaltungen sowie den Gestaltungs und Planungsentw rfen
167. ht geeignet sind vgl 6 7 8 Sie erfordern entweder eine detaillierte Datenerfassung die im Iran im Normalfall nicht vorliegt oder bieten sich nur als Grobanalyse Programme f r einzelne konventionelle Anlagen an Es wird daher ein im Kapitel 4 n her beschriebenes Simulationsprogramm mit quasistation ren bzw quasidynamischen Modellen Zeitschrittverfahren entwickelt Mit diesem Programm k nnen Versorgungsszenarien mit dem Schwerpunkt der Energieerzeugung durch Kraft W rme Kopplung sowie Kraft W rme K lte Kopplung und Solaranlagen Photovoltaik und thermische simuliert und bilanziert werden Das Programmpaket besteht aus drei Modulen Ein Geb udesimulationsprogramm zur Ermittlung des W rme und K ltebedarfs von Geb uden ein Programm zur Auslegung der solarthermischen Anlagen sowie das Hauptprogramm zur Charakterisierung der Struktur und der H he des Energiebedarfs mit anschlie ender Auslegung der Anlagenkomponenten Vor allem bietet es verschiedene M glichkeiten auch bei einer eingeschr nkten Datenlage den Energiebedarf ausreichend darstellen zu k nnen und die Wirtschaftliichkeit erneuerbarer Energiesysteme im Vergleich zu konventionellen Versorgungsl sungen zu untersuchen Die Energieversorgung gleichzeitig kologisch und wirtschaftlich tragf hig zu gestalten ist eine komplexe Aufgabe Im Kapitel 5 werden die unterschiedliichen Methoden der Wirtschaftlichkeitsberechnung diskutiert und nach ihrem G ltigkeitsbereich untersu
168. ichen es auch ohne weitere Datenquellen Aussagen zum Energiebedarf treffen zu k nnen Insbesondere in nicht dicht besiedelten Gebieten ist die Datenlage oft unzureichend Prognosen zur zuk nftigen Entwicklung des W rmebedarfs lassen sich durch Fragen zu bereits realisierten Einsparungsma nahmen und zur Investitionsbereitschaft noch erheblich verfeinern Dar ber hinaus sind Angaben zur Umstellungsbereitschaft auf leitungsgebundene Energieversorgung und Ressentiments gegen ber bestimmten Energietr gern abfragbar was nur ber direkte Befragungen m glich ist Ferner lassen sich mittels Befragungen gezielt einzelne Datenl cken f llen Nachteilig wirken sich vor allem die hohen Kosten die lange Dauer und der geringe R ckfluss bei einer Befragung aus Die Akzeptanz pers nlicher Befragungen innerhalb der Bev lkerung ist wegen der teilweise erheblichen Angst vor Datenmissbrauch nicht sonderlich hoch Deshalb m ssen neben der ohnehin schon teuren Entwicklung und Durchf hrung der Befragung recht hohe Ausgaben f r begleitende Unterst tzungsma nahmen zur Erkl rung und Akzeptanzschaffung miteingeplant werden Die Genauigkeit der Antworten variiert abh ngig vom Inhalt der Fragen stark Fragen zur Baustruktur zu Heizungsanlagen und hnlichem werden im allgemeinen recht genau beantwortet Zumeist sind Angaben zum W rmebedarf von Haushalten jedoch mit relativ gro en Ungenauigkeiten behaftet da es schwierig ist diesen genauer abzusch tzen
169. icklung und Planung auf klimatisch verschiedenen Gebieten In den letzten Jahren sind parallel mit der Computerentwicklung eine Vielzahl von Auslegungs und Simulationsprogramme auf den Markt gekommen die den Planer von energietechnischen Anlagen in seiner Arbeit unterst tzen sollen Die Programme werden anhand der verwendeten Rechenverfahren in drei Hauptkategorien eingeteilt Grobanalyseprogramme Grobanalyseprogramme basieren auf statistischen Verfahren und Korrelationen die wiederum aus Berechnungen mit detaillierten Simulationsprogrammen gewonnen wurden Vorteile bieten die Programme durch schnelle Vorhersage des Betriebsverhaltens auf meist monatlichen Basisdaten Sie sind anwendungsnah aber wenig flexibel Dadurch erreichen sie bei Nicht Standard Systemen nur eine eingeschr nkte Genauigkeit Zeitschrittsimulationsprogramme quasistation re Betrachtung Zeitschrittsimulationsprogramme berechnen auf der Basis von Zeitreihen das Systemverhalten in diskreten Zeitschritten meist Stundenschritte Zur Simulation werden detaillierte physikalisch technische Modelle einer oder mehrerer vorgegebener Anlagenkonfigurationen verwendet Die System und Komponentenparameter der abzubildenden Anlage sind nur im Rahmen der Programmvorgaben definierbar Mit diesen Simulationsprogrammen ist eine relativ hohe Genauigkeit erreichbar wobei die Rechenzeit mit zunehmendem Detaillierungsgrad der Modelle ansteigt Simulationssysteme dynamische
170. ie W rmepreise wie sie unter den jeweils angestrebten Randbedingungen gleicher Rohgewinn bzw gleiche Verluste Rechenvariante 2 gleicher Rohgewinn wenn das EVU die Anlagen an Stelle des Nutzers betreibt anzusetzen w ren Strom und K ltepreis werden konstant gehalten Szenario 1 Solarenergienutzung Der real ansetzbare W rmepreis beim Wechsel vom Basisszenario zu Solarenergienutzung liegt zwischen 58 51und 61 DM MWh Um also die Investition und den Betrieb der zus tzlichen Anlagen zu decken muss das EVU den W rmepreis mehr als verdoppeln Tabelle 7 14 105 Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 22 792 DM 75 659 DM 143 213 DM 138 460 DM Einnahmedifferenz 0 DM 52 867 DM 120 421 DM 115 668 DM Ausgaben gesamt 125 574 DM 245 994 DM 245 994 DM 245 994 DM Rohgewinn 102 782 DM 170 336 DM 102 782 DM 107 534 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 67 554 DM 0 DM 4 752 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 75 497 DM 75 659 DM 143 213 DM 138 460 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 162 DM 67 716 DM 62 963 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 25 57 DM MWh 61 00 DM MWh 58 51 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 127 09 DM MWh 127 09 DM MWh 127 09 DM MWh Tabelle 7 14 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Il Tabriz Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im
171. igt Es gibt keine Kriterien bei einer konventionellen Wirtschaftlichkeitsberechnung das die unterschiedliche Kosten den einzelnen Produkten zuweisen Die Masse oder die Energie sollte nicht als Grundlage f r eine Kostenzuweisung verwendet werden Die geeignete Variable ist die Exergie Die exergo konomische thermo konomische Analyse beruht auf diesem Prinzip 125 Bei der exergo konomischen Analyse zur Ermittlung der Produktionskosten werden f r eine Energieumwandlungsanlage die Kostenbilanzen aufgestellt F r ein System im station ren Zustand ergibt sich die folgende Kostenbilanz p p 5 1 mit p als Produktionsstrom C als zeitliche Aufwandkosten und als die Kostenstr me f r Investition Betrieb und Wartung der Anlage Bei der Betrachtung der Kostenstr me werden den Exergiestr men Kosten zugewiesen Dies wird als Exergy Costing bezeichnet Mit C als Kostenstrom des Stromes i c Kosten je Exergieeinheit des Stromes i und als Exergiestrom i geschieht die Bildung der Kostenstr me entsprechend der folgenden Gleichung C c 5 2 Mit den so definierten Kostenstr men lassen sich f r die Anlagenkomponenten Kostenbilanzen formulieren mit dem Ziel die Kosten jedes einzelnen Produktes bei einer Anlage die mehrere Produkte herstellt zu berechnen den Kostenentstehungsprozess und den Kosteneinfluss in der Anlage zu verstehen bestimmte Variablen in einem einzelnen Anlagenteil zu verbessern oder die Gesa
172. ik der Energieversorgung auch f r die Stadtplanung relevant In einer Studie ber Fl chennutzungsplanung im Iran kommt Schafii 161 zu der Schlussfolgerung dass das Land keine Landesplanung oder Regionalplanung hat keine pr zisen Baugesetze existieren die Stadtverwaltungen die die Fl chennutzungspl ne in der Realit t umsetzen m ssen wenig finanzielle Mittel kaum Experten und kaum technische M glichkeiten haben durch die Zentralisierung im Iran die Problematik der Energieversorgung versch rft wird Dadurch wurden die Stadtfl chen durch unkontrolliertes Bauen oft um ein Vielfaches gr er als geplant zudem ist die akute Nachfrage nach Wohnraum noch nicht ged mpft Diese nicht existierende Stadtplanung f hrt zu einer gleichfalls fehlenden regulierenden Energieversorgungsplanung Es ist also sowohl in technisch planerischer als auch wirtschaftlich politischer Hinsicht keine Erfahrung mit Nah oder Fernw rmenutzung oder der Kraft W rme bzw Kraft W rme K lte Technik vorhanden Mit Hilfe der Fallbeispiele wird ein Energieversorgungssystem f r einen fiktiven Stadtbezirk 1000 Einwohner konzipiert Oberste Priorit t bei der Konzeption und der Betriebsweise der Anlagen ist die gesicherte Deckung des W rme K lte und Strombedarfs des Versorgungsobjekts Daher ist die Ermittlung der Bedarfscharakteristik des betreffenden Objektes die Grundlage f r die weitere Einsatzplanung Die Charakteristik des W rmebedarfs f r die
173. in F r die Berechnungen im Wohnbereich stehen aber recht zuverl ssige Durchschnittswerte zur Verf gung wie sie z B bei Wentzlaff 86 und Rouvel 62 angegeben werden Als Bezugsgr e dienen entweder die Wohnfl che ein Haushalt mit z B einer statistischen Personenbelegung von 2 7 oder die Personenzahl als solche Da die Wohnungsgr e und somit inh rent die Anzahl der Personen bei jedem Objekt unterschiedlich sein kann wird im Modell als Bezugsgr e die Personenzahl verwendet Als Grundlage f r den Leistungswert pro Person wird die Studie von Wentzlaff 86 herangezogen aus der sich ein Fremdw rmeangebot von 3 3 kW pro Person ergibt In diesem Wert sind personenbezogene Quellen und Senken von elektrischen Ger ten Warmwasser Aufheizen von Kaltwasser und die W rmeabgabe der Person selber enthalten Ein weiteres Kriterium ist die Aufenthaltsdauer der Personen die von der Nutzung des Geb udes abh ngt In der Literatur sind Werte von 12 bis 16 Stunden angegeben 62 87 Daneben werden weitere elektrische Maschinen oder Ger te die nicht implizit einer Person zugeordnet werden k nnen separat behandelt Hierdurch wird das Anwendungsfeld des Teilmodells Innere Quellen variabler und kann z B bei Produktionsst tten Anwendung finden Als Bezugsgr en werden dann die Leistung und die Laufzeit der Maschinen verwendet Der zeitliche Verlauf der nicht personenbezogenen W rmequellen ist meist nicht vollst ndig vorhersagbar Daher
174. inem dar bergelegten autoregressiven Prozess 1 Ordnung der die st ndlichen Schwankungen simuliert 110 k h kru h y h 4 89 Mit dem Stundenwert des Bew lkungsindex kr h dem Stundenwert des Bew lkungsindex des durchschnittlichen Tagesganges kru h und den Autoregressiven Prozess 1 Ordnung ergibt sich Krulh A e o z5 4 90 A 0 19 1 12 kq 0 24 e Mit e 0 32 1 60 k 0 5 x 0 19 2 27 k 2 51 k Der autoregressive Prozess y h wird letztlich folgenderma en bestimmt yh yh 1 r 4 91 mit p 0 38 0 06 cos 7 4 ky 2 5 4 92 Die normalverteilte Zufallsvariable r ist eine Funktion vom Erwartungswert O und der Standardabweichung co und wird f r die genaue Berechnung der st ndlichen Werte folgenderma en berechnet r f 0 0 o 0 1 0 4 93 mit o kt h A exp B 1 sinh A 0 14 expl 20 kt 035 B 3 ky 0 45 0 16 K2 F r den Gebrauch der Berechnung von Solaranlagen m ssen die Strahlungswerte auf eine geneigte Fl che umgerechnet werden Die Berechnung der Globalstrahlung auf eine geneigte Fl che wird nach Liu und Jordan 114 durchgef hrt Zusammenfassung Um plausible Ergebnisse in Abh ngigkeit vom Energiebedarf beim Einsatz unterschiedlicher Energiesysteme ermitteln zu k nnen ist ein Zeitschrittverfahren auf Stundenbasis geeignet GOMBIS PRAXOGES und PRAXOSOL simulieren und bilanzieren Versorgungsszenarien mit dem Schwer
175. innahmedifferenz zu Basisszenario 7 998 DM 0 DM 89 112 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 83 616 DM 83 616 DM 91 614 DM 180 726 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 7 998 DM 97 110 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 31 73 DM MWh 90 78 DM MWh 38 16 DM MWh 90 78 DM MWh 109 72 DM MWh 90 78 DM MWh Tabelle 7 20 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region III Shiraz Nutzung der KWK Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario Szenario 3 PV Nutzung Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 28 379 DM 83 616 DM 112 854 DM 182 887 DM Ausgaben gesamt 164 244 DM 248 718 DM 248 718 DM 248 718 DM Rohgewinn 135 865 DM 165 102 DM 135 865 DM 65 831 DM Einnahmedifferenz zu Basisszenario 29 237 DM 0 DM 70 034 DM Gesamtkosten des Verbrauches 83 616 DM 83 616 DM 112 854 DM 182 887 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 29 237 DM 99 271 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 31 73 DM MWh 90 78 DM MWh 55 21 DM MWh 90 78 DM MWh 111 45 DM MWh 90 78 DM MWh Tabelle 7 21 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ill Shiraz Nutzung der PV Szenario 3 im Vergleich zum Basisszenario Zusammenfassung Der in Shiraz vorliegende hohe K ltebedarf
176. ischen Erd lvorkommen limitiert ist bestehen zwei wesentliche Motivationen zur Minderung des Roh lverbrauches bzw des Verbrauchs an Mineral lprodukten innerhalb des Landes Einerseits bedeuten geringerer Verbrauch insgesamt geringere Subventionen und damit Entlastung des Staatshaushaltes andererseits k nnen bei kleinerem Energiebedarf ein gr erer Anteil der Gesamtmenge exportiert und so h here Einnahmen erzielt werden 15 3 Methoden der Bedarfsanalyse Die Grundlage eines jeden Energieversorgungskonzepts ist eine detaillierte Bedarfsanalyse Ohne auf die Besonderheiten im Iran einzugehen werden zun chst die g ngigen Verfahren und Methoden zur Berechnung des W rmebedarfs vorgestellt Nach deren Kombination werden sie auf ihre Anwendbarkeit f r den Iran bewertet Prinzipiell lassen sich bei der Energiebedarfsanalyse drei Vorgehensweisen unterscheiden 1 Bei leitungsgebundener Energieversorgung wird auf Daten der Verbrauchsstatistiken zur ckgegriffen Diese werden mittels Z hler gemessen und lassen sich auf den gew nschten r umlichen Bezug z B Quadratmeter R ume Wohnung Geb ude Block und den Zeitraum umrechnen 2 Der Bedarf f r nicht leitungsgebunden versorgte Abnehmer wird berechnet gen hert abgesch tzt oder aus anderen Datenquellen erschlossen Die verschiedenen g ngigen Methoden dazu werden in diesem Kapitel genauer beschrieben 3 Eine Kombination der ersten beiden Punkte gelangt zur Anwendung So wird
177. ise festgelegt Die Basisszenarien Ist Zustand sehen reine W rmebedarfsdeckung ber mehrere Kleinkesselanlagen und Vollstrombezug aus dem Stromnetz vor Der K ltebedarf wird durch mehrere kleine Verdunstungsk hlanlagen gedeckt Die Basisszenarien enthalten K lteanlagen die in ihrem Stromverbrauch und ihrer Leistung den Verdunstungsk hlanlagen im Iran entsprechen Erlaubt der K ltebedarf mehr als 1000 Volllaststunden im Jahr bezogen auf die Spitzenleistung werden in den Alternativszenarien zentrale K ltenetze an Stelle der Verdunstungsk hlanlagen ber cksichtigt Die Art der K lteerzeugung AKM KKM oder beides ist nicht festgelegt sondern h ngt von der Jahresdauerlinie des K ltebedarfs ab F r die W rme bzw Stromversorgung wird in jedem Alternativszenario nur eine Technologie Solarenergienutzung KWK oder KWKK ber cksichtigt Die Auslegung der solarthermischen Anlagen erfolgt nach den in Abschnitt 6 5 ermittelten Anhaltswerten Die Betriebsf hrung der BHKW erfolgt ausschlie lich nach dem W rmebedarf Die Anzahl und die Leistung der BHKW Module werden zun chst nach der in Abschnitt 6 1 beschriebenen Methode berechnet Anschlie end werden geeignete Module aus der in GOMBIS enthaltenen Datenbank gew hlt Speicherung oder Notk hlung der BHKW werden nicht ber cksichtigt Die verbleibende Spitzenleistung wird durch gasbetriebene Kessel gedeckt Die Stromerzeugung durch PV Anlagen oder BHKW wird nach Abzug des Energiebedarfs
178. isung V Direkteinspeisung ins W rmenetz Abbildung 4 17 In PRAXOSOL verf gbare Systemschaltungen I Solaranlage mit trinkwasserf hrendem Speicher und dezentraler Nachheizung Der in Abbildung dargestellte Anlagentyp stellt eine der einfachsten Ausf hrungen thermischer Solaranlagen dar Der W rmespeicher wird im unteren Drittel ber den externen solaren W rme bertrager mit der in den Kollektoren gewonnenen thermischen Energie beschickt Die Nachheizung des aus dem oberen Speicherdrittel entnommenen Wassers auf die Warmwassersolltemperatur erfolgt dezentral Der Vorteil der dezentralen Nachheizung liegt in der Minimierung von Leitungs und Speicherverlusten II Solaranlage mit bivalentem trinkwasserf hrenden Speicher Die Standardanlage zur Trinkwassererw rmung beinhaltet ein Nachheizungsmodul das in das oberste Speicherdfrittel integriert wird Sie unterscheidet sich von der ersten Anlagenvariante durch die speicherintegrierte Nachheizung Der obere Teil des Speichers dient als Bereitschaftsspeicher Die Nachheizung ist so geregelt dass das oberste Speichersegment zu jeder Zeit die gew nschteleingestellte Warmwassertemperatur aufweist 63 Programmintern ist f r alle Speicher eine Maximaltemperaturbegrenzung von 95 C vorgegeben Wird diese Temperatur erreicht wird die Simulation abgebrochen F r die weitere Berechnung gibt es drei M glichkeiten die nderung der Parameter Speichergr e oder Kollektorfl che
179. it C durch ideal leitende Innenbauteile n und dessen W rmed mmung durch u ere kapazit tsiosse Wandschichten gebildet wird ergibt sich C durch eine Aufsummation C S VG m XC 4 4 1 Cn Stellt die spezifische W rmekapazit t pn die Dichte und Vp das Volumen des Bauteils dar F r den nicht idealen Fall werden Korrekturfaktoren eingef hrt so dass C die Bedeutung einer effektiren W rmekapazit t annimmt Rouvel 62 hat mit umfangreichen Untersuchungen und Berechnungen die innere W rmekapazit t eines Geb udes bestimmt Steinm ller 63 griff die Untersuchungen in seiner Dissertation auf und verbesserte den Ansatz dahingehend dass die Schichtenfolge und W rmed mma nahmen der Au enw nde mit in die Berechnung der inneren W rmekapazit t einflossen Dieser erweiterte Algorithmus zur Berechnung der inneren W rmekapazit t wird f r die W rmebedarfsrechnung hier verwendet Die effektive W rmekapazit t der Geb udeteile wie z B Au en und Innenw nde ergibt sich durch Aufsummation der W rmespeicherf higkeiten der einzelnen Wandschichten k unter Ber cksichtigung der Korrekturfaktoren f4nk f2 und f3nk On f2 fink VnkEnkPnkfank 4 2 k Die schichtbezogenen Abminderungsfaktoren fikn und f3 n beschreiben in Verallgemeinerung der Rouvelschen Annahmen das Temperaturgef lle in Au enbauteilen und die damit verbundene Abnahme des w rmespeichernden Beitrags au enliegender Schichten Die Korrekturfaktoren
180. jede in Kapitel 2 1 beschriebenen Region die Siedlungstypmethode angewandet Da die Geb udearten im Iran sehr vielf ltig sind werden bei einer groben Typologie der Geb ude zwischen traditionellen und modernen Geb uden unterschieden Eine Differenzierung der Siediungstypen im Iran analog zu der in Deutschland blichen Aufteilung 58 59 f hrt zu folgender Klassifizierung Dorfkerne dichte Bebauung mit kleinen niedrigen H usern traditionelle Bauweise aus Lehm Holz Stein 5 Zielf hrende Fragen in diesem Zusammenhang sind Welche Technologien sind im Untersuchungsraum bereits vorhanden Welches Wissen kann bei den Befragten vorausgesetzt werden Lassen sich die Bereiche Landwirtschaft Haushalt und Gewerbe eindeutig voneinander abgrenzen oder werden Handelswaren zu Hause produziert und gehen landwirtschaftlicher Nutzbereich und Wohnbereich ineinander ber 27 Streusiedlungen lockere unregelm ige Bebauungen meist mit kleinen Geb uden vor allem in Kleinst dten unter 20000 Einwohner oder Vororten Einfamilienhaussiedlungen dichtes geometrisches Erschlie ungsnetz meist an Stadtr ndern Reihenhaussiedlungen engmaschig geometrisch erschlossen meist in Gro st dten fast ausschlie lich in Gebieten die an den Innenstadtbereich angrenzen Wohnblocks 3 bis 5 geschossig berwiegend mittelgro e Wohnbauten relativ grobmaschiges Erschlie ungsnetz sowohl in St dten als auch in Randbereichen Hochh user und gro e Zeilen
181. k zur K lte und Eiserzeugung in Entwicklungsl ndern Ki Klima K lte Heizung 1 1988 152 Kouremenos D A Antonopoulos Predicted performance of solar driven H2O LiBr absorption units in Athens Journal Of Heat Recovery Systems Vol 9 No 3 1989 153 Schmidt M Minh L n Wenzel Th Bedingungen f r die solare K lteerzeugung in der VR Vietnam Luft und K ltetechnik Nr 2 1991 154 Yazaki Corporation Installation and Service Manual Compact Type WFC 600 S 155 York International Planungsinformation Mini Absorptions Fl ssigkeitsk hler Modell WFC 10 156 Muneer T Uppal A H Modelling and simulation of a solar absorption cooling system Applied Energy 19 1985 157 Gatzka B Auslegung und Dimensionierung gro er Solaranlagen DGS Vortrag zu Solarthermie 2000 Berlin 1995 158 Hadorn J C Wegleitung zur saisonalen W rmespeicherung Schweizerischer Ingenieur und Architektenverein Dokumentation D 028 d Z rich April 1989 159 Schicker M Energetische Simulation der W rmeversorgung des Solar Campus J lich in verschiedenen Ausf hrungen der Rohrleitungen und der Solaren W rmeeinspeisung mit TRNSYS Diplomarbeit an der TFH Aachen Abteilung J lich Solar Institut J lich 1997 160 Meli M Hafner B Philippi H Repschl ger H und Sp te F Vergleich verschiedener Netzvarianten am Beispiel des geplanten solaren Nahw rmesystems f r den Solar Campus J lich im Achtes Symposium Ther
182. kungsgrad darstellen als P ges Npv an 4 41 Geg Photovoltaikanlagen s g LPPPLFPFFELEFEELFRLLLELLLDILELLDLILLLEHLLLLEG Abbildung 4 10 Energiebilanz einer Photovoltaikanlage Strom und abgegebene Leistung der Solarzelle nehmen proportional mit der Solarintensit t zu Die Spannung wird dagegen nur schwach beeinflusst Deshalb k nnen Solarzellen trotz geringer Solarintensit t praktisch ihre volle Betriebsspannung erreichen Mit zunehmender Betriebstemperatur nehmen jedoch Spannung und Leistung ab Da die Peakleistung P bei 1000 W m und 25 C gemessen und von Herstellern angegeben wird wird die Strahlungs und Temperaturabh ngigkeit der Solarzellen proportional zu Strahlungs und Temperatur nderung bestimmt Die Reduzierung der Leistung durch Solareinstrahlungs und Temperaturschwankung werden durch die Korrekturfaktoren k und k ber cksichtigt Die Temperaturabh ngigkeit der Leistung wird in zwei Bereichen Ty gt 25 C und Ty lt 25 C als linear angenommen und empirisch bestimmt Dadurch wird die Nennleistung P enn P Gos Yar 1 Nenn Ppeak K Ka Ppeak 1000W a Ty a 25 0 0045 4 42 f r Ty lt 25 C a 0 8 1 K und amp 5 Tu225 C a 7 1Kund a 150 Ber cksichtigt man den Verschmutzungsgrad Nyerschmutz Verschattungsgrad Nyerschat Und die Leistungsminderung durch Wechselrichter nwechsel bzw Akkumulator nakku sieht P es wie folgt aus Pges PNenn Nverschat Nvers
183. l che montiert Die Regelung genauer die Steuerung schaltet die kollektorseitige Pumpe an bzw aus Ist die auf die geneigte Fl che auftreffende Strahlung kleiner als 100W m wird der W rmespeicher mit Nachheizung und evtl auftretendem W rmebedarf simuliert Es wird keine W rme vom W rmetauscher an den Speicher bergeben Ist die Einstrahlung gr er als 100 W m wird abgefragt ob die Temperaturdifferenz zwischen Kollektoraustritt und unterer Speicherzone gr er als der vom Nutzer vorzugebende Einschaltwert ist z B 5 10 K Ist dies der Fall wird die Anlage komplett simuliert und die Pumpe als laufend an die n chste Stunde bergeben Die Pumpe im Kollektorkreis darf solange laufen bis eine Ausschaltdifferenz zwischen Kollektoraustritt und unterer Speicherzone unterschritten wird Das verhindert ein Entladen des W rmespeichers Die Nachheizung befindet sich im oberen Speicherdrittel und schaltet sich bei einer vom Nutzer vorzugebenden Unterschreitung der Solltemperatur ein Innerhalb einer Simulationsstunde wird der Speicher bis auf eine bertemperatur die ebenfalls vom Nutzer eingegeben werden muss geladen In Abbildung 4 15 ist der Ablauf der Berechnung in PRAXOSOL f r eine Jahresstunde dargestellt Abbildung 4 16 zeigt die Zusammenh nge zwischen GOMBIS PRAXOGES und PRAXOSOL Berechnung der Strahlung auf geneigte Fl che Ja Nein Berechnung des Kollektors mit Kollektoraustrittstemp
184. l versorgte Energiesystem eingebunden sind 1 1 Problemstellung Ein Energieversorgungskonzept kann als Fachplanung im Rahmen der allgemeinen Entwicklungsplanung angesehen werden Es ist je nach Planungsphase das Leitbild f r die landesweite regionale oder betriebliche Energiepolitik Die Erfahrungen in Industriel ndern zeigen dass die Energieversorgungskonzepte systematisch anhand ihrer Untersuchungsgebiete Tr gerschaften Anl sse und Zielsetzungen eingeteilt werden k nnen Untersuchungsgebiet Hinsichtlich des r umlichen Bezuges lassen sich objektbezogene teil rtliche rtliche und regionale Energiekonzepte unterscheiden W hrend sich die objektbezogenen auf einzelne Neubauvorhaben Sanierungsobjekte oder Gewerbebetriebe beziehen gelten teil rtliichen Konzepte f r die gesamten Neubau Sanierungs oder Gewerbegebiete rtliche Konzepte sind Leitbilder f r die kommunale Energieversorgung die regionalen bestehen aus Strategiekonzepten Tr gerschaften Tr ger objektbezogener Energiekonzepte sind in der Regel private ffentliche oder gewerbliche Geb udeeigner die der teil rtlichen Energieversorgungskonzepte Kommunen Bau oder Sanierungstr ger sowie die Energieversorgungsunternehmen EVU F r die rtlichen Energieversorgungskonzepte sind vor allem St dte oder Gemeinden zust ndig Tr ger regionaler Energieversorgungskonzepte k nnen kommunale Zweckverb nde oder projektbezogene Arbeitsgemeinschaften sein Anlass An
185. lage eine Aufteilung in ein zwei und mehrgeschossige Geb ude ausreichen kann oder eine weitere Differenzierung in vier f nf sechsgeschossige Bauten und Hochh user sinnvoll erscheinen mag Durch diese Aufteilung werden Geb udegr enarten gebildet Diese sollen den Geb udebestand im Untersuchungsgebiet m glichst repr sentativ widerspiegeln Zur Bildung der Geb udetypen kann unter Umst nden auf bereits erarbeitete Typen zur ckgegriffen werden So existieren vom Institut f r Wohnen und Umwelt IWU umfangreiche Studien ber den Geb udebestand der gesamten Bundesrepublik Deutschland 55 Dieser wird darin in insgesamt 49 Typen aufgeteilt und der spezifische W rmebedarf pro m Wohnfl che wird direkt mit angegeben Sind solche Grundlagen nicht vorhanden oder erscheinen sie nicht passend m ssen die Geb udetypen einzeln neu entwickelt werden Dazu werden aus dem gesamten Geb udebestand die Bedarfstypen ausgew hlt Vor und Nachteile Dieses Verfahren ist mit einem relativ geringen Erhebungsaufwand durchf hrbar vorausgesetzt es k nnen bereits erarbeitete Geb udetypendefinitionen genutzt werden und diese stimmen recht genau mit der realen Bebauungsstruktur berein Der Genauigkeitsgrad des Verfahrens bei hoher bereinstimmung ist gut F r gro e R ume nimmt die Genauigkeit durch die zunehmende Heterogenit t der Bebauung und der damit verbundenen Ungenauigkeit bei der Zuordnung zu einzelnen Typen ab Wenn bei der
186. lass f r die Erstellung teil rtlicher rtlicher und regionaler Konzepte sind meist der energie und umweltpolitische Gestaltungswille oder das Informationsbed rfnis der Entscheidungstr ger Dazu kommen regionalwirtschaftliche und strukturpolitische Gr nde die einen langfristigen Handlungsbedarf verursachen Anl sse f r einen akuten Handlungsbedarf ergeben sich oft im objekt und teil rtliichen Bereich wo der Investitionsbedarf oder bevorstehende Anpassungsma nahmen den Handlungsspielraum zur Energie und Kosteneinsparung begrenzen Sie haben dadurch hohe kurzfristige Umsetzungschancen Zielsetzung Das Hauptziel ist in erster Linie eine sichere Energieversorgung daneben r cken aber immer mehr Ziele wie Einsparung von Prim renergie als Mittel zur Umweltentlastung insbesondere die CO Reduzierung sowie die St rkung der Eigenverantwortung bei der Energieversorgung in den Vordergrund Bei einem Energieversorgungskonzept muss also abgewogen und entschieden werden ob sichere Energieversorgung Energieeinsparung Umweltentlastung Kosteneinsparung oder Flexibilit t Priorit t haben sollen Energiekonzepte dienen der Bew ltigung dieser Konflikte und k nnen dazu beitragen Handlungsspielr ume aufzuzeigen Alternativen zu vergleichen Vor und Nachteile verschiedener Varianten zu benennen um so eine Entscheidung unter Betrachtung aller Aspekte und Varianten zu erm glichen Die Erstellung eines Energiekonzeptes unterscheidet sich in der Her
187. len Zeitschrittverfahren basiert F r die Energiebereitstellung stehen Datenbanken von Komponenten Energiewandlungsanlagen Speicher und Verteilung sowie Betriebscharakteristika zur Verf gung Thermische Solaranlagen werden wiederum in einem eigenst ndigen Modul berechnet Im Hauptprogramm werden die Verbraucher mit den verschiedenen Energiebereitstellungsanlagen in Szenarien verkn pft So k nnen die unterschiedlichsten Varianten der KWK bzw KWKK entworfen und ihre Wirtschaftlichkeit unter Ber cksichtigung der klimatischen und wirtschaftlichen Randbedingungen beurteilt werden F r die betrachteten f nf Regionen ergeben sich stark abweichende Energieversorgungskonzepte In allen Gebieten mit konstantem hohem K ltebedarf sollten zun chst die vorhandenen dezentralen Verdunstungsk hlanlagen durch Nahk ltenetze ersetzt werden Aus wirtschaftlichen Gr nden kommen als K lteerzeuger nur Kompressionsk ltemaschinen in Frage obwohl solar bzw durch ein BHKW angetriebene Absorptionsk ltemaschinen energetisch g nstiger sind Wenn fast kein Heizw rmebedarf sondern nur W rmebedarf f r die Warmwasserbereitung besteht kann dieser wirtschaftlich durch eine thermische Solaranlage kombiniert mit einem Spitzenkessel gedeckt werden In Regionen mit kurzen bergangszeiten sollte unter energetischen Gesichtspunkten eine solare Nahw rmeversorgung vorgesehen werden In allen anderen F llen kommen die alternativen Technologien nicht in Frage weil die
188. lglich ergeben sich auch sehr unterschiedliche Dimensionierungsempfehlung siehe Tabelle 6 2 W rme Berlin Ramsar Tabriz Shiraz Bandar Abbas Kerman bedarfsart Region I Region Il Region Ill Region IV Region V Flachkollektor in m2 MWh 1 2 2 5 0 25 0 5 0 15 0 5 0 22 0 5 0 58 1 04 1 0 24 0 5 rg in 2 3 0 5 4 0 6 8 0 55 6 0 15 3 8 0 58 4 5 m m Kollektorfl che Ki K lte i F 5 4 1 6 17 20 2 1 AA iii 20 25 25 50 20 55 30 58 81 88 22 55 no TPAR inkl K lte 57 50 55 97 67 Tabelle 6 2 Empfehlungswerte zur Dimensionierung von Solaranlagen in unterschiedlichen Gebieten des Iran im Vergleich mit Berlin Ramsar In Ramsar besteht W rmebedarf f r Heizung und Warmwasserbereitung F r das betrachtete Objekt erreicht eine Solaranlage mit 0 25 m MWh Kollektorfl che und einem spezifischen Speichervolumen von 0 5 m m Kollektor einen solaren Deckungsanteil von 25 Eine Erh hung des solaren Deckungsanteil kann durch Verdoppelung der Kollektorfl che bei gleichzeitiger Verachtfachung des spezifischen Speichervolumens erreicht werden Dann liegt der solare Deckungsanteil bei 50 Tabriz Der Jahresgang der Au entemperatur in Tabriz ist im Vergleich zu Ramsar wesentlich ausgepr gter Damit liegt der W rmebedarf wesentlich h her w hrend im Sommer K ltebedarf besteht F r die Deckung des W rmebedarfs ergibt sich eine spezifische Kollektorfl
189. ls R ckgewinnung der thermischen Leistung Kompressiensk lteanlage AKKM 2 ka R ck R ck Snsnnunnunnannunnnnunnsnmunnuunnunnnunnnn Abbildung 4 8 Energiebilanz einer Kompressionsk ltemaschine Durch W rmeverluste des Verdichters geht nicht die gesamte zugef hrte elektrische Leistung in Qh auch Verfl ssigerleistung genannt ein sondern nur ein um den Faktor a lt 1 verringerter Wert so dass sich 49 QKM rap Qn 4 30 ergibt Der Faktor a ist von Verdichterbauart Betriebstemperaturen und W rmed mmung der Anlagenbauteile abh ngig Bei berschl gigen Berechnungen kann f r a nach 37 eingesetzt werden f r den verlustlosen Idealfall 1 0 bezogen auf mechanische Wellenleistung des Verdichters und bezogen auf die elektr Leistungsaufnahme Pa eines hermetischen Verdichters Motork hlung durch K ltemittelkreislauf 0 9 und 0 8 bezogen auf die elektr Leistungsaufnahme Pa eines offenen Verdichters Motork hlung getrennt vom K ltemittel kreislauf Die K lteleistungszahl der Kompressions K ltemaschine ist definiert als QKM Ekm D 4 31 zu Wenn gleichzeitig K lte und W rme genutzt werden k nnen ergibt sich die Leistungszahl AKKM yKKM AR ck P zu 4 32 Die maximale W rmeabgabe einer K ltemaschine unter Ber cksichtigung des Verlustfaktors a ist as a 4 33 EKKM Bezogen auf die Leistungsaufnahme des Verdichters ist die maximale W rmeabgabe Oi ze Pa
190. lung empfiehlt sich die Geb udetypmethode anzuwenden Darauf aufbauend k nnen f r jeden Geb udetyp durch die Anwendung der Berechnungsverfahren kombiniert mit der Typtagemethode die jeweilige j hrliche Spitzenleistung und die Energiemenge berechnet werden In Kapitel 4 wird die Typtagemethode durch die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Verbrauchertypmethode erg nzt und f r alle Nutzenergiearten verallgemeinert 28 4 Simulationsprogramm GOMBIS Um die Anwendungsm glichkeiten von erneuerbaren Energien bzw neuen Technologien wie KWK zu untersuchen werden neben einer Bedarfsanalyse Modelle zu Berechnung der Energiebereitstellung ben tigt In diesem Kapitel wird f r die Energiebedarfsanalyse die auf der Typtagemethode basiert eine neue Verbrauchertypmethode entwickelt die eine Verallgemeinerung auf alle anderen Energiearten zul sst Zus tzlich wird ein neues Berechnungsverfahren zur Bestimmung des W rme und K ltebedarfs eines Geb udes erarbeitet Abschlie end werden in diesem Kapitel die verwendeten Modelle zur Energiebereitstellung vorgestellt Die Verkn pfung von Energiebedarf und bereitstellung erfolgt durch das Simulationsprogramm GOMBIS Das Programmpaket GOMBIS PRAXOGES und PRAXOSOL wurde f r die speziellen Anforderungen die bei der Planung von energietechnischen Anlagen in Entwicklungsl ndern bestehen entwickelt Es ist modular aufgebaut und universell einsetzbar Daher dient es auch zur Projektentw
191. mbedarf f r Klimaregion IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KURK S20 aN S ERSERPERFERSREFEERIERGTITPENELERRSEEFERFTERSELTIPFERTLERSSEHRLIPTSSHTEFTSETTTRPFEFEFERSSERREIPERSEFEFEFENE 115 Abbildung 7 22 Energiebereitstellung f r Klimaregion IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK OZENA S ara aa AAL AATA ET ARIE AEA ET RRE AE AAR E re EEATT RA 115 Abbildung 7 23 Geordnete Jahresdauerlinien f r Energiebedarf in Kerman 444 ns nennen 118 Abbildung 7 24 W rmebereitstellung durch Kessel und Solaranlage f r Kerman Klimaregion V ozona Teroris aa E a T a E A S TO 119 vi Abbildung 7 25 W rme und Stromerzeugung durch BHKW uun2snsuensssnnnnnnennnnnnnennnnnnnennnn nenn 119 Abbildung 7 26 W rme und Strombedarf f r Klimaregion V Kerman Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario 1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario S PRESPIEREREREHENTERRE PERF ea aa A ee A ATAA 120 Abbildung 7 27 Energiebereitstellung f r Klimaregion V Kerman Basisszenario sowie Nutzung der Solarthermie Szenario1 KWKK Szenario 2 und Nutzung der Solarthermie und KWKK Szenario ne a NA De r A 120 vii Verzeichnis der Symbole und Abk rzungen Symbol gt gt Q 009 720 4
192. mische Solarenergie Ostbayerisches Technologie Transfer Institut e V OTTI 1998 161 Schafii S Wissenschaftliche Analyse der Fl chennutzungsplanung im Iran TU International Nr 32 33 1996 162 Institut f r Erhaltung und Modernisierung von Bauwerken e V IEMB Expertise Ausgangslage und Konzepte zur Energieeinsparung und CO2 Senkung bei Geb uden der Gro siedlungen der f nf neuen Bundesl nder und Berlin Ost Bericht Nr 2 1 1993 163 Mack M Schwenk C K hler S Kollektoranlagen im Gescho wohnungensbau eine Zwischenbilanz 164 Valentin G Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Energiebilanz von Solarthermischen Systemen mit integriertern Elektro W rmepumpen VDI Fortschrittberichte Energieerzeugung Nr 237 VDI Verlag 1989 165 Amar Iran statistical Yearbook Plan amp Budget Organization Statistical Center of Iran 1372 March 1993 March 1994 166 Amar Iran Statistical Yearbook Plan amp Budget Organization Statistical Center of Iran 1377 March 1998 March 1999 167 Kubessa M Energie Kennwerte Handbuch f r Beratung Planung Betrieb Brandenburgische Energiespar Agentur Potsdam 1993 168 Kennziffernkatalog f r Investitionskosten Bereich W rmeversorgung Erarbeitung und Vertrieb EWU Engineering GmbH 8 Ausgabe Berlin 1992 169 BINE Informationsdienst Solare Nahw rme Ein Leitfaden f r die Praxis Hrsg Fachinformationszentrum Karlsruhe Gesellschaft f
193. mit festen vorgegebenen Werten Iterative Berechnung der Speichergr e mit vorgegebener Schrittweite oder keine nderung der beiden Parameter Zus tzlich besteht f r die trinkwasserf hrenden Speicher die M glichkeit eine niedrigere Maximaltemperatur vorzugeben um z B Kalkausf llungen zu vermeiden Die Steuerung der Solarpumpe und der Nachheizung erfolgt anhand von Temperaturen In beiden F llen ist eine Hysterese vorgesehen um hohe Schaltfrequenzen zu vermeiden s Abbildung 4 15 III Zweispeichersystem In dieser Anlagenkonfiguration sind Bereitschaftsspeicher und Solarspeicher getrennt Die Gr e des Bereitschaftsspeichers kann frei gew hlt und so an den Bedarf angepasst werden Dies vermindert die W rmeverluste bei gleichbleibender Komfortleistung der Anlage Die Wahl des Volumens des Solarspeichers ist in Abh ngigkeit von der Kollektorfl chengr e und des angestrebten solaren Deckungsanteils zu w hlen Analog zu den unter Punkt zwei aufgef hrten Betrachtungen erfolgen die Nachheizung und die Pumpensteuerung ebenfalls mit Hysterese IV Anlage zur Netzeinspeisung mit Pufferspeicher System IV kann zur Trinkwarmwassererw rmung und zur Heizungsunterst tzung eingesetzt werden Der wesentliche Unterschied zu den bisher behandelten Anlagentypen besteht im geforderten wesentlich h heren Temperaturniveau Die Eintrittstemperatur in das untere Speicherdrittel die Kaltwassertemperatur entspricht in der hier behandelten Anlag
194. mmen des Geb udeheizw rmebedarfs bzw K hlbedarfs berechnet und zum anderen eine Datenbank von typischen Tageslastg ngen des st ndliichen W rmebedarfs f r verschiedene Objekte und Objektverbunde erstellt Die Tageslastg nge bilden das Nutzer und Betriebsverhalten ab und wurden in Anlehnung an die VDI 2067 Blatt 7 aus Messdaten gewonnen oder aus berechneten Werten ermittelt Es wird 36 angenommen dass die Innenw nde die Einrichtungsgegenst nde und die inneren kapazitiven Elemente der Au enw nde zu einer inneren W rmekapazit t zusammengefasst werden k nnen 4 2 1 Bestimmung der effektiven W rmekapazit t Geb ude bestehen aus einer Vielzahl w rmespeichernder Bauteile die in unterschiedlicher Weise thermisch an die Raumluft und aneinander gekoppelt sind Diese Ankopplung kann au erdem zeitlich variieren In PRAXOGES wird das Geb ude als ein Einzonenmodell angenommen Dieses Modell setzt voraus dass die Luftdurchmischung im Geb ude sowie der W rmeaustausch durch Strahlung und W rmeleitung f r eine gute Kopplung der inneren kapazitiven Elemente sorgen Zur Bestimmung der mittleren Geb udeinnentemperatur wird zudem eine gleichm ige Verteilung der inneren W rmekapazit ten angenommen Als Erweiterung ist es m glich zwei unterschiedlich beheizte Zonen und eine nicht beheizte Zone anzugeben deren Innentemperaturen nach Fl chenanteilen gewichtet werden F r ein ideales Geb ude dessen gesamte W rmespeicherf higke
195. mtanlage zu verbessern 126 70 Diese Methode ist detailliert in 124 127 beschrieben F r die exergetische Analyse der Solaranlagen Solarthermie und Photovoltaik wird zus tzlich der Exergieanteil der Solareinstrahlung ben tigt Zur Bestimmung der Exergie der Strahlung muss ihre Entropie bekannt sein Eine Methode zur Berechnung der Entropie bzw die Exergie der Solarstrahlung ist in 128 129 dargestellt Die exergo konomische Analyse wie auch die Entropiemethode als Bewertungsverfahren liefern die Basis f r eine nachfolgende Prozessoptimierung 130 Die Entscheidung f r ein bestimmtes Energieversorgungskonzept basiert meist auf rein konomischen Kriterien Die Entscheidungsvorbereitung erfordert daher keine Anlagen oder Komponentenoptimierung da nur auf am Markt verf gbare Technik zur ckgegriffen werden kann Es werden vielmehr Methoden ben tigt mit denen die Einnahmen und Ausgaben die bei der Erf llung einer Aufgabe auftreten beziffert werden k nnen Es werden daher die klassischen Methoden der Wirtschaftlichkeitsberechnung jeweils angepasst an die verschiedenen Akteure Endverbraucher Betreiber Energieversorgungsunternehmen verwendet 5 2 Verwendete Wirtschaftlichkeitsberechnung Eine Investitionsrechnung ist durch ihre eindimensionale konomische Zielsetzung gekennzeichnet Bei der Investitionsrechnung wird das konomische Ziel der Wirtschaftlichkeit der unterschiedlichen Ma nahmen berpr ft Im Vordergrund steh
196. n Werte werden mit Hilfe des Verbrauchertyps mit Monatsvorgaben s Abschnitt 4 1 1 auf Stundenwerte verteilt F r den Strombedarf wird der durchschnittliche j hrliche Pro Kopf Bedarf aus der vorhandenen statistischen Daten ermittelt und anhand charakteristischer normierter Messdaten auf die Monate verteilt Die Monatswerte werden wiederum mit Hilfe des Verbrauchertyps mit Monatsvorgaben und gemessenen typischen Tageslastg ngen in Stundenwerte umgewandelt 7 2 Energiebedarf Heizw rme und K ltebedarf Die Ermittlung des W rme bzw K ltebedarfs erfolgt unter Ber cksichtigung der Geb ude und Klimadaten der jeweiligen Auswahlgebiete durch das Geb udesimulationsprogramm PRAXOGES Als Beispiel werden die monatliche Ergebnisse aus PRAXOGES f r ein Hochhaus in Ramsar Gro einheit I in Tabelle 7 1 dargestellt Innere Quellen Transmission L ftung Einstrahlung W rmebedarf K hlbedarf 5 2 15 2 17 1 11 6 18 1 0 0 4 7 16 1 17 9 8 1 23 1 0 0 5 2 13 0 14 1 6 4 16 8 0 0 5 0 7 5 8 1 5 8 4 2 0 0 5 2 5 3 5 7 6 4 0 0 0 0 5 0 5 8 6 6 6 8 0 0 0 5 5 2 4 4 5 0 6 8 0 0 1 6 5 2 4 7 5 3 7 6 0 0 2 9 5 0 6 0 7 2 7 9 0 0 0 4 5 2 7 7 8 3 8 7 0 8 0 0 5 0 9 8 10 3 8 6 5 6 0 0 5 2 15 8 17 6 12 0 17 5 0 0 61 3 111 3 123 2 96 6 86 0 5 4 Tabelle 7 1 Monatlicher W rme und K hlbedarf in MWh eines WBS 70 Plattenbaus 40 Wohnungen a 60 m in Ramsar Nach der Einbeziehung der
197. n z B Mehrfamilienh user Geschosswohnbauten da dort nur wenige Haus bergabestationen ben tigt werden Der Preisvorteil der halbierten Rohrnetzl nge f llt hier st rker ins Gewicht Ein Vier Leitersystem ist meist f r Versorgungsgebiete mit vielen kleinen Versorgungseinheiten z B Einfamilienh user g nstiger in dem viele einzelne Haus bergabestationen ben tigt werden Eine zus tzliche Variationsm glichkeit gibt es bei einem Zwei Leiter Netz bez glich der Trinkwassererw rmung Statt in einem dezentralen Trinkwasserspeicher kann es auch durch einen leistungsstarken W rme bertrager erw rmt werden Abbildung 6 6 Dies f hrt zu einer weiteren Kostenreduktion und kann au erdem die Mindesttemperatur des Netzes dadurch reduzieren denn nur bei trinkwasserf hrenden Speichern muss der Speicherinhalt zur Vorsorge gegen Legionellenbefall einmal am Tag auf 60 C erhitzt werden Abbildung 6 6 Zwei Leiter Netz mit Speicher bzw mit Durchlauferhitzer Zusammenfassung Die Auslegung und Dimensionierung konventioneller Anlagen wie BHKW K lteanlagen und Nahw rmesysteme erfolgt analog der in Europa blichen Berechnungsverfahren Im Bereich der solaren Energienutzung m ssen klimatische Aspekte sowohl f r die Erzeugung als auch die Speicherung ber cksichtigt werden 87 7 Energieversorgungskonzepte f r Siedlungen im Iran Fallbeispiele Durch eine rasche Entwicklung der Verst dterung in den 60er Jahren wurde die Problemat
198. n 10 m H he h Mittlere H he des Geb udes h4o 10m H he Rg Bodenrauhigkeit R 0 16 f r offenes Gel nde R 0 22 f r Waldgebiet und R 0 5 f r Stadtgebiet W rmebedarf durch W rmebr cken Anschl sse zwischen zwei Bauteilen der Geb udeh lle wenn z B eine Innenwand an eine Au enwand grenzt werden als W rmebr cken bezeichnet In diesen Bereichen k nnen die W rmeverluste der Geb udeh lle erheblich h her liegen als die W rmeverluste einer ungest rten Au enwand Eine Nichtber cksichtigung von W rmebr cken kann deshalb zu einer erheblichen Unterbewertung des W rmebedarfs f hren F r die praktische Anwendung stehen W rmebr ckenkataloge verschiedener Autoren wie z B von Hauser 72 Mainka Paschen 73 SIA DOK 99 74 oder Heindl 75 zur Verf gung In diesen Katalogen sind f r verschiedene F lle von W rmebr cken die W rmebr ckenkoeffizienten angegeben so dass sich eine zus tzliche Berechnung er brigt W rmebr cken werden in PRAXOGES durch ihre spezifischen W rmeverluste in W mK und ihre L nge ber cksichtigt Transmissionsw rmeverluste durch Fenster Transmissionsw rmestr me durch Fenster werden mit konstantem W rmedurchgangskoeffizient kr berechnet Da das Produkt aus Dichte spezifischer W rmekapazit t und Materialvolumen f r diese Bauteile im Vergleich zu massiven W nden klein ist gehen diese Bauteile nicht als Summand der Fenstereinzelteile in die effektive W rmekapazit t ein
199. n und in der Industrie verbraucht Preispolitik im Energiesektor Das Parlament legt die Energiepreise fest Gemessen an der durchschnittlichen Kaufkraft der Bev lkerung liegen die aus den Erzeugungskosten resultierenden Preise der verschiedenen Energietr ger sehr hoch Die Regierung subventioniert daher den Energieverbrauch der Endverbraucher aus konomischen politischen und sozialen Gr nden Im Iran existieren verschiedene Preisgestaltungssysteme nebeneinander Zum Beispiel besteht ein doppeltes Preissystem f r Mineral lprodukte je eines f r Kraftwerke und andere Verbraucher F r Erdgas und Strom unterscheidet die staatliche Preisgestaltung nach den Sektoren Haushalte Industrie Handel und Landwirtschaft Die f r Handel und Gewerbe ansetzbaren Preise liegen am h chsten die f r die Landwirtschaft am niedrigsten Die Preise f r Haushalte und Industrie liegen dazwischen wobei die Haushalte wiederum geringere Preise zahlen als die Industrie Diese Fallstudie beruht auf einer Analyse von Daten des World Energy Council durchgef hrt vom Energieministeriums des Iran In der vorliegenden Studie werden Geldwerte durchg ngig in iranischen Rial angegeben da innerhalb des Iran verschiedene Wechselkurse angesetzt werden Zur Zeit 2002 kann als Anhaltswert mit einem Wechselkurs von 8000 Rial je US gerechnet werden 1992 lag dieser Wert eher bei 3000 Rial je US 12 Bis zum zweiten F nf Jahres Plan blieben die Energiepreise ber
200. n zur K ltebereitstellung sowie die ihr zugeordneten Komponenten der sonstigen Anlagen Ebenfalls nicht einbezogen werden Investitionen in PV Anlagen die als reine Stromerzeugungsanlagen gelten und daher getrennt berechnet werden Bei Eigenstromerzeugung durch Kraft W rme Kopplung welche einerseits zu verminderten Strombezugskosten andererseits zu einem zus tzlichen Erl s f r die Stromr ckspeisung f hrt wird eine Stromgutschrift errechnet die der W rmeerzeugung angerechnet wird Damit sind die Gesamtkosten der W rmeerzeugung Koes Kr Ko Kos Zu Ker 5 3 Die resultierenden Kosten Kees bezogen auf die Nutzw rmemenge Qces ergeben die spezifischen W rmegestehungskosten Kosten MWhn der Anlage Berechnung der K ltegestehungskosten Die K ltegestehungskosten werden nach dem gleichen Schema wie die W rmegestehungskosten berechnet Die verbrauchsgebundenen Kosten der K lteanlagen ergeben sich aus den Stromkosten f r den Kompressionsk lteprozess und oder den W rmekosten f r den Absorptionsk lteprozess Der Teil der Stromkosteneinsparung im Szenario der durch Substitution von Kompressionsk lte oder Absorptionsk lteprozessen verursacht wird wird nicht der W rmebereitstellung sondern der K ltebereitstellung gutgeschrieben PV Anlage und Solarkollektoranlage Die Stromgestehungskosten der PV Anlagen werden getrennt von anderen Anlagen berechnet es werden in diesem Fall keine Mischkosten betrachtet Die durch die P
201. nario wird wie in allen anderen Basisszenarien W rme und K ltebedarf durch konventionelle Anlagen Heizkessel bzw Verdunstungsk hlanlagen gedeckt Die erforderliche Leistung wird jeweils durch mehrere Maschinen gedeckt ein Nahw rmenetz ist nicht vorhanden Als Varianten werden Solarenergienutzung Einsatz von KWK sowie Nutzung von Photovoltaik betrachtet Die Eckwerte des Basisszenarios und der Alternativen sind in Tabelle 7 12 zusammengefasst Die Dimensionierung der Solaranlage erfolgte ebenfalls nach Tabelle 6 2 Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 W rme Heizkessel 1600 kW Heizkessel 1860 kW Heizkessel 1860 kW Heizkessel 1860 kW Solaranlage BHKW 206 kWa 333 Flachkollektoren 300 kW Teillastgrenze m Speicher 150 m 20 K lte Verdunstungsk hl Verdunstungsk hl Verdunstungsk hl Verdunstungsk hl anlagen 100 kW anlagen 100 kW anlagen 100 kW anlagen 100 kW Strom Strombezug aus dem Strombezug aus dem Strombezug aus dem Strombezug aus dem Netz 163 kW Netz 163 kW Netz und Netz und Eigenstromerzeugung PV Anlage Modul durch BHKW Nennleistung 120 W Modulfl che 1 11 m Modulzahl 1000 Nahw r Nein Ja Ja Nein menetz Tabelle 7 12 Szenarien f r Klimaregion Il Tabriz 102 In Szenario 1 und 2 tritt aufgrund des W rmenetzes ein leicht erh hter W rmebedarf von 1957 MWh auf s Abbildung 7 12 Die Solaranlagen in Szenario 1 Solarenergienutzun
202. nd die kurzwellige Sonneneinstrahlung auf die Au enbauteile nicht vernachl ssigt werden kann muss eine Korrektur der Au entemperatur vorgenommen werden In der Vergangenheit wurden eine Reihe von Ans tzen zur Korrektur der Au entemperatur entwickelt Hier sei auf Arbeiten von Mackey und Wright 65 Gertis und Hauser 66 und H glund 67 verwiesen Einen sehr umfassenden Ansatz gibt Nehring 68 an Der Ansatz f r die von ihm benannte kombinierte Au enlufttemperatur erfasst sowohl die aufgepr gte kurzwellige Solarstrahlung als auch den langwelligen Strahlungsaustausch mit der Umgebung Dieser Ansatz wurde von M gge 69 aufgegriffen und f r praktische Anwendungen leicht modifiziert PRAXOGES verwendet diesen modifizierten Ansatz Die Definition der modifizierten Au entemperatur ist danach a l 8 0 Tua her e Tr s 9 100 DEE RR E GO 4 10 Ty 04 a Oa kombinierte Au enlufttemperatur Tua Au Benlufttemperatur in der absoluten Temperaturskala Tur Temperatur der terrestrischen Umgebung in der absoluten Temperaturskala as Absorptionskoeffizient f r kurzwellige Strahlung Gesamtstrahlung G Strahlungskonstante o 5 67W m K Stefan Boltzmannkonstante 0 Emissionskoeffizient der Bauteiloberfl che EG Emissionskoeffizient der Atmosph re euT Emissionskoeffizient der terrestrischen Umgebung G Einstrahlzahl des Bauteils zum Himmel yT Einstrahlzahl des Bauteils zur terrestrischen
203. ndene Kosten p Betreiberbilanz Einspeiseverg tung Allgemeine Betreiberdaten Daten f r kapitalgebundene betriebsgebundene und sonstige Kosten Daten f r verbrauchsgebundene Kosten EVU Bilanz Strompreisregelung Allgemeine Daten zur EVU Bilanz Abbildung 5 3 Ablauf der Wirtschaftlichkeitsrechnung in GOMBIS 72 5 2 1 Bilanzierung aus der Sicht eines Endverbrauchers Gestehungskosten Diese Art der Wirtschaftlichkeitsrechnung stellt den Betrieb der Energiezentrale aus der Sicht des Endverbrauchers der die Anlagen auch selber betreibt dar Der Vergleich unterschiedlicher Versorgungsvarianten erfolgt mit den Gesamtenergiekosten Kosten f r W rme K lte und Strom und mit den sich hieraus ergebenden Gestehungskosten f r die erzeugte W rme Strom und K lte W rmegestehungskosten F r die Berechnung der W rmegestehungskosten werden kapitalgebundene Kosten betriebsgebundene Kosten verbrauchsgebundene Kosten und sonstige Kosten zu den j hrlich anfallenden Kosten der W rmebereitstellung zusammengefasst In den kapitalgebundenen Kosten werden alle Investitionen ber cksichtigt die der W rmebereitstellung bzw der Kraft W rme Kopplung zuzuz hlen sind Kesselanlage Solarkollektoranlage KWK Anlage alle Komponenten der sonstigen Anlagen wie Verteilernetz Geb ude Speicher die der W rmebereitstellung oder der KWK Anlage zugeordnet werden Nicht ber cksichtigt werden Investitionen in Anlage
204. neennnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 121 Tabelle 7 29 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario u 44444ssssnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenn ann 121 Tabelle 7 30 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario 444uss4snn nennen een 122 Tabelle 7 31 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung und Solarthemie Szenario 3 im Vergleich zum Basisszenario 122 Abbildungen Abbildung 1 1 Lokale Energievorkommen im Iran 444ssnnnneenennnnnnnennnnnnnennnnennnnnnnnnnennnnnsn ern nnnnnnn 4 Abbildung 1 2 Eingrenzung der Zielsetzung Teil rtliche Energieversorgungskonzepte uueen 6 Abbildung 2 1 Irans naturr umliche Gro einheiten 444snsnneenennnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnennnnnsnnnnnnnnnnnn 9 Abbildung 2 2 Verteilung der Solareinstrahlung uss4424244444Hannennnnnnnnnnnnennnnnnnennnnnnnnennnnrnn nennen 10 Abbildung 4 1 Ablauf der Energiebedarfsabbildung in GOMBIS zsuunsssnnnnssnnnennennnnnnnnnnnn nenn 32 Abbildung 4 2 Funktionsschema des verwendeten Berechnungsverfahrens 24444n seen 35 Abbildung 4 3 Schematische Dars
205. nergiesparpotentiale die sich durch geb udeseitige Investitionen erschlie en lassen mitber cksichtigt werden Das Funktionsschema des verwendeten Berechnungsverfahren ist in Abbildung 4 2 dargestellt i N Klimadaten f Diffuse Solareinstrahlung Datenbank typischer Direkte Solareinstrahlung Tageslastg nge f r Au entemperatur Heizw rme Prozessw rme Windgeschwindigkeit K lte und Strom VDI Typtage PERT N Eingabe von Berechnung des st ndlichen Surmmi r ng auf ge Jahresheizw rmebedarfes g Geb udedaten Tagessummen Verteilung der Tagessummen durch norm Tageslastg nge 8760 Stundenwerte des Heizw rmebedarfs Abbildung 4 2 Funktionsschema des verwendeten Berechnungsverfahrens Der hier eingeschlagene L sungsweg sieht vor dass die Tagessummen durch normierte Tagesg nge vergleichbarer Geb ude berlagert werden Als Auswahlkriterien f r die einzelnen Tage einer Simulationsperiode dienen Tagesg nge typischer Wochentage Jahreszeiten oder auch die Unterscheidung in tr be und heitere Tage In weiterer Folge wird dieser Verbrauchertyp wie ein Verbrauchertyp mit Tagesvorgaben behandelt 35 6 Verbrauchertyp mit verkn pfter Bedarfsdatei Dieser Verbrauchertyp ist f r den Fall einsetzbar dass Bedarfsdaten verf gbar sind Diese Daten k nnen Ergebnisse aus anderen Simulationsprogrammen sein oder Messdaten die ber einen l ngeren Zeitraum erfasst wurden Innerhalb des Verb
206. ngig s Abschnitt 2 3 Dies trifft insbesondere f r die Leistungs und Arbeitskosten des Strombezugs und der Stromlieferung zu Eine entsprechende Angabe ist auch nicht in Form 94 von Richtwerten oder Bandbreiten m glich F r die Berechnungen wurden die in Tabelle 7 6 zusammengefassten durchschnittlichen Preise aus 23 und 3 angesetzt Gaspreis Strompreis mit Subvention ohne Subvention mit Subvention ohne Subvention Haushalt 50 Rial m 72 Rial m 3 58 3 Rial kWh 357 3 Rial kWh 1 5 DM MWh 2 16 DM MWh 16 6 DM MWh 101 7 DM MWh Kraftwerke 18 Rial m 72 Rial m 0 54 DM MWh 2 16 DM MWh Tabelle 7 6 Gas und Strompreise im Iran nach Verbrauchersektoren mit und ohne Subvention Im Iran besteht keine Regelung der Stromeinspeiseverg tung Daher wurden f r die Verg tung der Netzeinspeisung Arbeitspreise angesetzt Leistungsbereitstellung wurde in der Verg tung nicht ber cksichtigt 7 4 Energiebereitstellung Szenarien und Variationsrechnung Unter Ber cksichtigung der durch die Bedarfscharakteristik Stundenaufl sung bestimmten Anforderung l sst sich die Einsatzm glichkeit von Kraft W rme K lte Technologie sowie Nutzung der Solarenergie realisieren F r jedes Gebiet werden drei bzw vier Szenarien Energiekonzepte betrachtet Die Anlagenkomponenten der verschiedenen Szenarien werden nach den in Abschnitt 6 beschriebenen Methoden ausgew hlt dimensioniert und die jeweilige Betriebswe
207. nn Nach diesem Modell wird den Verlauf der Dauerlinie im gesamten Zeitintervall nach der Methode der kleinsten Quadrate linearisiert Damit ist die Dauerlinie durch die lineare Funktion g x ax b darstellbar wobei a lt 0 ist s Abbildung 6 4 Sei g eine zweimal stetig differenzierbare Funktion wobei G c 9R offen und x e G ein Punkt mit grad f x 0 dann ist Hessf x positiv definiert so hat f in x ein isoliertes Minimum bzw ist Hessf x negativ definiert so hat f in x ein isoliertes Maximum geordnete Jahresdauerlinie g x ax b g x Sm YU 0 9000 X ea x Xar Xa Abbildung 6 1 Geordnete Jahresdauerlinie thermisch und Dimensionierung eines BHKW Die Riemann sche Untersumme also der Fl cheninhalt der Rechtecke in Abbildung f r n 2 St tzpunkte ist gleich dann ist gradA x x 0 77 n lineare Gleichung mit n Unbekannten g x X Xo g x 9 x 0 g x x X g X g x 0 STK Xk RI 9 0 IX Xni Xu II z 9X 0 g x Xn Xn g Xn 2 X 0 Werden x 0 und g x ax b in das Gleichungssystems eingesetzt ergibt sich nach der Vereinfachung folgendes Gleichungssystem 2X X 0 2X X X 0 oo 2Xk Xka T Xk O 2X Ki X 0 b 2X Xn a Die L sung dieses Gleichungssystems lautet een n 1 a 2b n 1 a X 2 kb IK K n l a n 1 b n 1 a n b n 1 a n 1 n D h die Summe A des
208. nnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 94 Tabelle 7 6 Gas und Strompreise im Iran nach Verbrauchersektoren mit und ohne Subvention 95 Tabelle 7 7 Szenarien f r Klimaregion Ramsar s 444ssnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnn nenn 96 Tabelle 7 8 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 und KWK Szenario 2 u 2224404s nn nnnnnnennnnnnnennnn 99 Tabelle 7 9 Kostenbilanz aus der Sicht eines Betreibers f r Region Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 und KWK Szenario 2 uu 22240uss nennen nnnnnnnnnnnnnnnnn 100 Tabelle 7 10 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ramsar Solarenergienutzung Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario 2444444snnnnnnennnnennennnnnnennnnnnnnnnnnnn nn 100 Tabelle 7 11 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ramsar KWK Nutzung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario zussrra40onsnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnnanennnnnennnnnnnnannnnnnnanen nn 101 Tabelle 7 12 Szenarien f r Klimaregion Il Tabriz usnnnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnenn 102 Tabelle 7 13 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Il Tabriz Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 KWK Szenario 2 und PV Nutzung Szenario 3 105 Tabelle 7 14 Ko
209. nsk lte K lte anlagen 370 kW maschine 371 maschine 371 maschine 375 KW k tte 70 4kW KW k ite 70 4kW e KW k ite 500 kWin Strombezug aus Strombezug aus Strombezug aus Strombezug aus dem Netz dem Netz dem Netz und dem Netz Strom Eigenstromerzeu gung durch BHKW Nahw r Nein Ja Ja Ja menetz K lte Nein Ja Ja Ja netz Tabelle 7 27 Szenarien f r Klimaregion V Kerman 118 Obwohl die Solaranlage in Szenario 1 Knapp dimensioniert ist deckt sie im Sommer den W rmebedarf vollst ndig Insgesamt erreicht sie einen solaren Deckungsanteil von 34 1 des Gesamtw rmebedarfs Abbildung 7 24 Auch in Kerman kann durch den Wechsel von Verdunstungsk hlanlagen zu zentraler K lteversorgung mit KKM bzw AKM der Strombedarf erheblich reduziert bzw in W rmebedarf umgewandelt werden Abbildung 7 26 30 7 250 I Kessel 200 I Solarkollektor MWh 150 100 50 7 r Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Abbildung 7 24 W rmebereitstellung durch Kessel und Solaranlage f r Kerman Klimaregion V Szenario 1 In Szenario 2 werden 74 des Gesamtw rmebedarfs und 36 8 des Strombedarfs durch das BHKW gedeckt Insgesamt erzeugt das BHKW in 2495 Vollaststunden 514 MWh elektrische Energie Davon speist es 100 6 MWh in das Netz Der Mehrverbrauch an Erdgas betr gt in Szenario 2 gegen ber dem Basisszenario 670 MWh 1000 900 800 W rme KWK 700 W rme gesamt 600
210. ntinuierlich s Tabelle 2 2 22 3 Nach 3 betr gt der Anteil des Nutzholzes an der Gesamteneragie in l ndlichen Gebieten etwa 6 1 10 j hrliche Absolute Menge Anteil Wachstumsrate 1987 1993 1999 1987 1993 1999 1937 1999 Insgesamt 327 6 512 8 646 2 100 100 100 5 8 Nach Sektoren Industrie 90 4 125 9 154 8 27 6 24 6 24 0 4 6 Haushalte und 111 2 189 9 236 2 33 9 37 0 36 6 6 5 Kleingewerbe Transport 84 6 122 3 170 5 25 8 23 8 26 4 6 0 Landwirtschaft 26 6 31 0 30 4 8 1 6 0 4 7 1 1 sonstige 14 8 43 7 54 3 4 5 8 5 8 4 11 4 Nach Endenergietr gern l 262 9 351 9 381 8 80 3 68 6 59 1 3 2 Erdgas 32 9 113 8 199 2 10 0 22 2 30 8 16 2 Elektrizit t 22 3 37 8 53 0 6 8 7 4 8 2 7 5 Festbrennstoffe 9 5 9 3 12 1 2 9 1 8 1 9 2 0 Tabelle 2 2 Endenergieverbrauch im Iran mboe 22 Stromerzeugung Die Eckwerte der Elektrizit tswirtschaft sind in Tabelle 2 3 zusammengestellt Durchschnittlich nahmen im Zeitraum von 1989 bis 1999 die installierte Kraftwerksleistung die erzeugte Strommenge der Stromverbrauch und die Anzahl der Verbraucher um 5 8 8 2 7 8 bzw 4 8 im Jahr zu j hrliche Wachstumsrate 1989 1998 1999 1989 1999 Installierte Leistung MW 14442 24437 25273 5 8 Erzeugung GWh 48725 97862 107207 8 2 Leitungs und Verteilverluste 14 7 15 5 15 7 Verbrauch GWh 39956 77646 84656 7 8 Haushalte 39 5 36
211. ntnis des zu untersuchenden Systems angewandt werden kalorische Aufteilung d h entsprechend dem Energieinhalt Aufteilung nach dem Arbeitswert 117 Aufteilung des Prim renergieeinsatzes nach Exergie bzw Entropiemethode Die spezifische Energiebewertung des Koppelprodukts Strom ist bei der kalorischen Aufteilung am kleinsten und bei der Aufteilung nach dem Arbeitswert am gr ten d h bei der kalorischen Aufteilung wird dem Strom relativ zur W rme der kleinste Prim renergie und Kostenanteil zugewiesen Die spezifische Energiebewertung der W rme ist entsprechend umgekehrt Einen ausf hrlichen Vergleich dieser Methoden findet sich bei Piller und Rudolph 118 Nitsch 119 schl gt vor die Aufteilung mit dem Il Hauptsatz der Thermodynamik durchzuf hren also eine exergetische Bewertung Die Exergie eines W rmereservoirs ist die 69 Arbeit die maximal gewonnen werden kann wenn dieser Energiestrom mit seiner Umgebung reversibel ins Gleichgewicht gebracht wird Somit findet ber die Exergie auch die Temperatur der thermischen Energie Eingang in die Bewertung Obwohl die Exergie physikalisch wohl definiert ist enth lt sie jedoch einen willk rlich definierten Bezugspunkt n mlich die Temperatur der relevanten Umgebung also einen Referenzzustand Die Suche nach einem geeigneten G tegrad der in der Handhabung einfach ist und doch einen exergetischen Charakter hat f hrte zu einer gro en Vielfalt an Definitionen 120
212. nutzung liegt zwischen 33 81 und 67 49 DM MWh Tabelle 7 19 Im KWK Szenario arbeitet das EVU in einer Preisspanne von 38 16 DM MWh bis 109 72 DM MWh Tabelle 7 20 Bei der Nutzung von Photovoltaik Szenario 3 kann das EVU den W rmepreis bei konstantem Rohgewinn sogar reduzieren Tabelle 7 21 Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 28 379 DM 83 616 DM 86 205 DM 128 138 DM Ausgaben gesamt 164 244 DM 222 070 DM 222 070 DM 222 070 DM Rohgewinn 135 865 DM 138 453 DM 135 865 DM 93 931 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 2 589 DM 0 DM 41 934 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 0 DM 2 589 DM 44 522 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 31 73 DM MWh 90 78 DM MWh 33 81 DM MWh 90 78 DM MWh 67 49 DM MWh 90 78 DM MWh Tabelle 7 19 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region III Shiraz Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario 112 Szenario 2 KWK Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 28 379 DM 83 616 DM 91 614 DM 180 726 DM Ausgaben gesamt 164 244 DM 227 479 DM 227 479 DM 227 479 DM Rohgewinn 135 865 DM 143 862 DM 135 865 DM 46 753 DM E
213. o ist die Bebauung im Citybereich meistens heterogener diejenige in den Randbereichen besitzt hingegen h ufig eine homogene Erscheinungsform Es kann unter diesen Umst nden sinnvoll praktisch und arbeitssparend sein f r den Citybereich die Geb udetypenmethode im Randbereich dagegen die Siedlungstypenmethode anzuwenden Ein Beispiel dazu bietet Freiburg 54q Dort wurden zur repr sentativen Darstellung des Gebietes 12 Siedlungstypen und 15 Geb udetypen gebildet Ein Beispiel f r einen Grenzfall zwischen zwei Methoden hier Siedlungstypen und Tarifraummethode kam in Norderstedt 54k zur Anwendung Hier wurden zun chst 8 verschiedene Geb udetypen bestimmt Im zweiten Schritt wurden die Tarifraumzahlen und die Geschossfl chen aus den Bauakten und den Stromversorgungsdateien f r die einzelnen Typen bestimmt Dies f hrte zur Annahme unterschiedlicher durchschnittlicher Tarifraumgr en je 25 Geb udetyp Eine Kombination aus der Geb udetypenmethode und einem R ckgriff auf die Verbrauchstatistiken kam in Gl ckstadt 54n zur Anwendung Dort wurden die Brennstoffverbrauchsdaten aus den Statistiken der Energieversorgungsunternehmen in spezifische Bedarfswerte f r verschiedene Geb ude kategorisiert und auf Grundlage dieser Typisierung das Geb udetypenverfahren angewendet 3 6 Eignung der Methoden f r den Iran Um die Erstellung von Energiekonzepten im Iran zu erm glichen m ssen die beschriebenen Methoden der Bedarfsermittlung
214. objekte verwendet Die Verwendung der zwei grundlegenden Tageslastg nge f hrt dazu dass au erhalb der Heizperiode identische Bausteine f r die Generierung des Jahreslastgangs verwendet werden w hrend der Heizperiode hnliche Bausteine Gegen ber der Typtagmethode nach VDI 2067 Blatt 7 49 weist die Methode den Vorteil auf dass der mit ihrer Hilfe ermittelte Jahreslastgang in der Heizperiode nicht aus wiederkehrenden identischen Bausteinen besteht Der nach dieser Methode konstruierte Jahreslastgang entspricht deshalb eher der Realit t als der nach VDI 2067 Blatt 7 konstruierte Auch diese Methode beinhaltet das Problem dass die zwei grundlegenden Typtaglastg nge nicht innerhalb einer k rzeren Messkampagne erfasst werden k nnen Da die Auslegungstemperatur selten in manchen Jahren berhaupt nicht auftritt ist nicht gew hrleistet dass der Tageslastgang bei Auslegungstemperatur in berschaubaren Zeitr umen erfasst werden kann Dieses Problem w rde nicht auftreten wenn die Methode neben der Interpolation auch die Extrapolation von W rmebedarfsdaten beinhalten w rde Dann k nnte der Generierung eines Jahreslastgangs nicht nur der Lastgang bei Auslegungstemperatur sondern jeder in der Heizperiode erfasste Lastgang zugrunde gelegt werden Verfahren nach Sawillion 5 Auch von Sawillion 5 wird die Generierung von Jahreslastg ngen mit einer zeitlichen Aufl sung von einer Stunde beschrieben Vom Autor werden insbesondere Ver
215. on Ill Shiraz Nutzung der PV Szenario 3 im Vergleich zum Basisszenario eironi rena ar EA EAEEREN TAE 113 Tabelle 7 22 Szenarien f r Klimaregion IV Bandar Abbas 4ssesnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 114 Tabelle 7 23 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region IV Bandar Abbas Basisszenario sowie Solarenergienutzung f r W rme Szenario 1 KWK Szenario 2 und Solarenergienutzung f r W rme und K lte Szenario 3 u 2244004s nenn nnnnnnnnnn nenne 116 Tabelle 7 24 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Bandar Abbas Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario usssrsnnneeensnnnensnnnnennn nn 117 Tabelle 7 25 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Bandar Abbas Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario n 117 Tabelle 7 26 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region IV Bandar Abbas Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung und Solarthermie Szenario3 im Vergleich zum Basisszenario 117 Tabelle 7 27 Szenarien f r Klimaregion V Kerman snesnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 118 Tabelle 7 28 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region V Kerman Basisszenario sowie Solarenergienutzung f r W rme Szenario 1 KWK Szenario 2 und Solarenergienutzung f r W rme und K lte Szenario 3 sss4sn4
216. ondern wurden jeweils individuell angepasst In Region mit hnlichen klimatischen Bedingungen wie in Deutschland Klimaregion l hat der Tageslastgang des W rmebedarfs gro en Einfluss auf die Dimensionierung der thermischen Solaranlagen Unter Annahme einer gleichm ig ber den Tag verteilten Last kann mit weniger Kollektorfl che und kleinerem Speicher ein h herer solarer Deckungsanteil erreicht werden als bei einem realen Tageslastgang Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen im Iran f hren dazu dass die solaren W rmegestehungskosten weit unter den in Deutschland erzielbaren Werten liegen Die Installation von Nahw rme bzw Nahk ltenetzen ist weder aus energetischen noch aus konomischen Gr nden zu empfehlen Damit bleibt nur eine Energieversorgung mit konventionellen Anlagen und Nutzung fossiler Prim renergietr ger In Region II mit hoher W rme und K lteleistung aber niedrigen Volllaststunden im Jahr ist die Energieversorgung durch Nutzung der Solarenergie und KWK Technologie sowohl aus energietechnischen als auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkt nicht Iohnend In dieser Region bleibt als einziges Alternativszenario der Einsatz eines BHKW das direkt vom EVU betrieben wird Das EVU profitiert in diesem Fall von der gegenw rtigen Tarifstruktur im Iran die f r EVU h here Subventionen des Gaspreises vorsieht als f r Endverbraucher Das iranische Hochland Region III ist fl chenm ig die zweitgr te Region und behe
217. ordert eine sorgf ltigere Planung als das Setzen auf fossil befeuerte Gro kraftwerke kann aber durch Planungsinstrumente wie sie in der vorliegenden Arbeit entwickelt wurden strukturiert und damit deutlich vereinfacht werden Um die Bedeutung einer bestimmten regenerativen Energietechnik zu beurteilen m ssen die Kosten und die kologischen Kennzahlen dieser Technik immer vor dem Hintergrund der Potentiale betrachtet werden die durch sie erschlossen werden k nnen Windg nstige Standorte sind in den meisten L ndern nur begrenzt vorhanden und Wasserkraft die bisher f r den gr ten Teil des regenerativ erzeugten Stromes verantwortlich war besitzt nur noch ein geringes Wachstumspotential In Regionen zwischen dem 40 Breitengrad Nord und S d besteht anders als z B in Mitteleuropa die M glichkeit Solarthermische Anlagen zu errichten die zum Teil bereits unter den heutigen Rahmenbedingungen wirtschaftlich betrieben werden k nnen erfordern aber eine sehr hohe Kapitalinvestition Die Energiewirtschaft im Iran beschr nkt sich derzeit auf hochsubventionierte und staatlich reglementierte Energieversorgungspolitik Daher sind die Ergebnisse dieser Arbeit stark von den energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen gepr gt Im Iran liegen die Energiepreise seit mehreren Jahren unterhalb der Grenzkosten und das trotz der von der Regierung in der Vergangenheit verordneten Preissteigerungen Marktpreis Die niedrigen Energiepreise im Iran spieg
218. pte f r Siedlungen im Iran Fallbeispiele 88 7 1 Gebiets und Siedlungsauswahl uusss4ss44snnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnne 88 7 2 Energiebedarf lee eier 89 7 3 K stenk lere nee ai enrere a a aE E aa 93 7 4 Energiebereitstellung Szenarien und Variationsrechnung 95 7 4 1 Klimaregion KRamsan nisee ee eeielekks 96 7 4 2 Klimaregionli Tabrizy an ei Rh 102 7 4 3 Klimaregion lll Shiraz surns se 108 7 4 4 Klimaregion IV Bandar Abbas 44444444nsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenne 113 7 4 5 Klimaregion V Kerman a ern iesk 118 7 5 Zusammenfassung eier 122 Schlussf lger ngen 22 2 3 243224 2 23 4H2u 4222250420 sedaan dn asdn andn padana anisan andos adanada siaSi 124 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen Tabellen Tabelle 2 1 Nutzung der Prim renergietr ger im Iran 4nneeennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnn nen 10 Tabelle 2 2 Endenergieverbrauch im Iran su444ssennnnennnnnnnnennnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnennnnnsnennnnnnnnnnnnnnnnnnn 11 Tabelle 2 3 Eckwerte der Stromerzeugung im Iran u 444ssnnnneenennnnnnnennnnnnnennnnnnnennnnnnnennn nenn nnnn nenn 11 Tabelle 2 4 Zusammensetzung und Entwicklung des Bruttosozialproduktes von 1980 bis 1999 12 Tabelle 2 5 Strompreise im Iran nach Verbrauchssektoren 444444ssnsssnennennnennnnennnnnennnennnne 13 Tabelle 2 6 Erdgastarife nach Verb
219. punkt der Energieerzeugung durch KWK sowie KWKK und Solaranlagen Auch bei eingeschr nkter Datenlage werden Energiebedarf und bereitstellung ausreichend dargestellt 67 5 Wirtschaftlichkeit An Energieversorgungssysteme werden hohe und vielfach konkurrierende Anforderungen gestellt Demnach wird es je nach Zielsetzung zu unterschiedlichen Beurteilungen eines Energieversorgungssystems kommen Hierzu schl gt Winje 115 drei Anforderungskategorien vor 1 Bedarfsorientierte Anforderung Es handelt sich hierbei um Anforderungen die einen bestimmten Komfort und oder die Voraussetzungen f r einen optimalen Ablauf von Produktionsprozessen schaffen sollen 2 Wirtschaftliche Anforderungen Hierbei handelt es sich um die Anforderungen der Betreiber und oder Nutzer die Energiesysteme so zu gestalten dass sie die Energiebed rfnisse zu minimalen Kosten befriedigen 3 Gesellschaftliche Anforderungen F r Energiesysteme sind vor allem Anforderungen des Umweltschutzes und der Energiewirtschaft relevant Ziel einer Wirtschaftlichkeitsanalyse aus betriebswirtschaftliicher Sicht ist die Produktkostenminimierung bzw Gewinnmaximierung Die Voraussetzung jeder Wirtschaftlichkeitsrechnung in der Energiewirtschaft ist eine energietechnische Betrachtung die in den vorherigen Kapiteln erl utert worden ist Die unterschiedlichen g ngigen Bewertungsmethoden werden im Folgenden vorgestellt und die in dieser Arbeit verwendete Wirtschaftlichkeitsberechnung
220. r Sicht des EVU stellt f r die drei betrachteten Einnahme Ausgabeszenarien die Kapitalr cklaufzeit bzw Amortisationszeit mit und ohne Be r cksichtigung des Kapitalzinssatzes dar Die Amortisationszeit wird dadurch errechnet dass den Ausgaben f r die durch das EVU betriebenen Anlagen ohne kapitalgebundene Kosten die Einnahmen aus dem W rmeverkauf und die durch den KWK Strom vermiedenen Strom erzeugungskosten gegen bergestellt werden Dabei wird im Falle einer Brennstofflieferung an den Verbraucher die Ver nderung beim Prim renergiegesch ft ebenfalls mitber cksichtigt Je nach dem ob das EVU nur die KWK Anlage oder die gesamte Heizzentrale betreibt entfallen teilweise oder zur G nze die entsprechenden Ertr ge aus dem Prim renergieverkauf Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden Energiekonzepte die am Markt verf gbare Anlagen einsetzen betrachtet Die Bewertung der Szenarien erfolgt sowohl unter energetischen als auch unter monet ren Gesichtspunkten Methoden die auf kombinierten energetischen wirtschaftlichen Qualit tskriterien beruhen werden nicht verwendet Da nur Apparate und Maschinen ber cksichtigt werden die dem derzeitigen Stand der Technik entsprechen und keine Optimierung auf der Maschinenebene stattfindet kann die Wirtschaftlichkeitsberechnung analog zu VDI 2067 erfolgen Sie wird unter den Blickwinkeln aller Beteiligter Verbraucher Betreiber EVU durchgef hrt 75 6 Dimensionierung und Entwurfsr
221. r aufgrund des geringen solaren Anteils am Gesamtenergiebedarf kaum ins Gewicht Tabelle 7 18 fasst die wirtschaftlichen Eckwerte der Szenarien zusammen 111 Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ausgaben gesamt 17 698 DM 19 314 DM 53 563 DM 26 027 DM Einnahmen gesamt 67 021 DM 67 021 DM 75 904 DM 72 455 DM gesamte Kosten der 83 616 DM 128 138 DM 180 726 DM 182 887 DM Energiebereitstellung W rmegestehungskosten 31 73 DM MWh 81 41 DM MWh 123 80 60 74 DM MWh von 1 245 24 MWh DM MWh K ltegestehungskosten 90 78 DM MWh von 303 00 MWh Stromgestehungskosten Wert des eigenerzeugten KWK Stromes bzw PV Stroms 33 56 DM MWh 32 93 DM MWh 159 28 DM MWh 15 77 DM MWh 33 56 DM MWh 257 7 DM MWh 16 60 DM MWh Solarw rmegestehungskosten 62 9DM MWh Kapitalr cklaufzeit 16 4 a 43 0 a 26 5 a Amortisationsszeit gt 100 a gt 100 a gt 100 a Tabelle 7 18 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Ill Shiraz Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 KWK Szenario 2 und PV Nutzung Szenario 3 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU Szenario 1 Solarenergienutzung Wenn f r das EVU der Rohgewinn konstant bleiben soll kann es mit einem nur geringf gig erh hten W rmepreis arbeiten da die zus tzlichen Verluste aus der Solaranlage bzw KWK durch den h heren Rohgewinn aus der K lteversorgung aufgefangen werden Der real ansetzbare W rmepreis beim Wechsel vom Basisszenario zu Solarenergie
222. rauchertyp mit berschl giger W rmebedarfsberechnung und Verbrauchertyp mit Daten f r Geb udesimulation PRAXOGES angewandt W hrend hier die Tagesbedarfsdaten aus einer Datei eingelesen werden k nnen erfolgt bei den beiden erw hnten Verbrauchertypen die Ermittlung der Tagesbedarfsdaten auf rechnerische Weise entweder durch das berschl gige Heizw rmebedarfsberechnungsverfahren oder durch eine Geb udesimulation 4 Verbrauchertyp mit berschl giger W rmebedarfsberechnung Mit diesem Verbrauchertyp kann f r einen bekannten j hrlichen Heizw rmebedarf mit Hilfe eines berschl gigen Rechenverfahrens die Jahresganglinie erzeugt werden Im Prinzip wird der Heizw rmbedarf unter Verwendung der jeweiligen st ndlichen Umgebungstemperatur als Richtgr e auf die einzelnen Jahresstunden aufgeteilt Das dabei angewandte Rechenverfahren wird von Klien 43 beschrieben Durch Eingabe der Parameter Normw rmebedarf Heizgrenze und einem Korrekturfaktor wird die Jahresganglinie und der daraus resultierende Gesamtw rmebedarf ermittelt Falls der Normw rmebedarf nicht bekannt ist wird zus tzlich eine Berechnungshilfe angeboten die dem Anwender die Absch tzung dieser Gr e auf Basis der Geb udetypen erlaubt die A V Methode F r diesen Verbrauchertyp sind Tagesg nge nicht zwingend erforderlich da durch das Rechenverfahren Stundenwerte vorliegen Es k nnen jedoch wahlweise Heizw rmetagesg nge 34 des W rmebedarfs hinzugef
223. rauchertyps kann f r jede Nutzenergieart Heizw rme Prozessw rme K lte und Strom eine Verkn pfung zur entsprechenden Bedarfsdatei eingerichtet werden 4 1 2 Definition der Tagesg nge Tagesg nge werden eingesetzt um den Energiebedarf eines Verbrauchers f r bestimmte Typtage zu repr sentieren Sie sind die Datengrundlage mit der die Simulationsprozeduren den st ndlichen Jahresgang des Nutzenergiebedarfs ermitteln Die Gesamtheit der Tagesg nge eines Verbrauchers ergeben seine Jahresganglinie Es k nnen Tagesg nge f r Heizw rme Prozessw rme K lte und Strom angelegt werden Prinzipiell lassen sich zwei unterschiedliche Arten von Tagesg ngen erzeugen Kalender Tagesg nge die durch den Anwender flexibel den gew nschten Tagen Wochentagen und Monaten zugeordnet werden k nnen Der Kalender Tagesgang gibt dem Anwender die M glichkeit mit Hilfe der Kalenderfunktion die Zuordnung eines Tagesganges zu einer bestimmten Zeitperiode vorzunehmen z B Wintermonate Werktag Da f r einen Verbrauchertyp beliebig viele Kalendertagesg nge definiert werden k nnen ist eine Abbildung des Nutzerverhaltens auf eine sehr differenzierte Weise m glich Im Extremfall k nnen f r eine Nutzenergieart bis zu 365 Tagesg nge erzeugt werden um damit ein ganzes Jahr zu beschreiben VDI Tagesg nge f r Heizw rme Warmwasser und Strombedarf die f r ein festgelegtes Ensemble von Typtagen nach VDI 2067 gelten In der Simulation ermittelt GO
224. rauchssektoren 44444n4eeennnnennennnnennnnnnnnnnennnnnnnennnn nennen nn 13 Tabelle 2 7 Preise f r Mineral lprodukte im Iran 44444440sns4n2nnnnnnnnenennnnnnnnnnnnennnnnnn nenn rennen nt 14 Tabelle 2 8 Subventionen im Energiesektor aufgeteilt nach Verbrauchern und Energietr gern im Iran II I ee re nee ARE AET TNN 14 Tabelle 4 1 In GOMBIS enthaltene Verbrauchertypen uusnsssnnnnnnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 33 Tabelle 4 2 Gegen berstellung der Simulationsmodelle PRAXOGES und TRNSYS nenn 47 Tabelle 6 1 Anhaltswerte zum Entwurf von Solaranlagen in Deutschland 444 een en 81 Tabelle 6 2 Empfehlungswerte zur Dimensionierung von Solaranlagen in unterschiedlichen Gebieten des Iran im Vergleich mit Berlin s iiiki ii eke iair iri a eN E AE i eE 85 Tabelle 7 1 Monatlicher W rme und K hlbedarf eines WBS 70 Plattenbaus in Ramsar 89 Tabelle 7 2 J hrlicher Haushaltsstromverbrauch Pro Kopf 444444ssnsnsnennennnennnnennnnnnnnnennnne 91 Tabelle 7 3 berblick ber den monatlichen Energiebedarf in f nf repr sentativen St dte im Iran 92 Tabelle 7 4 Spezifische Investitionskosten einer mittelgro en Anlage zur Nahw rme K lteversorgung 93 Tabelle 7 5 Rechnerische Nutzungsdauer der Anlagenkomponenten und Kosten der Wartung und Instandsetzung der Anlagen u 44244snnnnenennnnnnnennnnnnnn
225. rbeiterinnen und Mitarbeiter des GeoForschungsZentrum Potsdam vor allem die Geothermiegruppe und Herrn Dr E Huenges eine gro e Hilfe Allen Mitarbeitern des Institut f r Energietechnik sowie Freunden die mich w hrend der Bearbeitung der vorliegenden Dissertation begleitet oder unterst tzt haben danke ich ebenfalls herzlich Das wichtigste zum Schluss meine Frau J Farpour und meinen Geschwistern sei gedankt Ihre Unterst tzung gab mir vor und w hrend dieser Arbeit stets die n tige Ruhe Berlin Sep 2003 Ali Saadat On ne doit pas se flatter de mettre a profit dans la pratique toute la puissance motrice des combustibles Les tentatives que lon ferait pour approcher de ce r sultat seraient m me plus nuisibles qu utiles si elles faisaient n gliger d autres considerations importantes L amp conomie du combustible n est qu une des conditions remplir par les machines feu dans beaucoup de circonstances elle nest que secondaire elle doit souvent c der le pas la s ret la dur e de la machine au peu de place qu il faut lui faire occuper au peu de frais de son tablissement etc Savoir appr cier dans chaque cas leur juste valeur les considerations de convenance et d economie qui peuvent se presenter savoir discerner les plus importantes de celles qui sont seulement accessoires les balancer toutes convenablement entre elles afin de parvenir par les moyens les plus faciles au meilleur r sulta
226. rbergt fast die H lfte der Gesamtbev lkerung des Irans Der hohe sommerliche und tiefe winterliche Durchschnittstemperaturen mit kurzen bergangzeiten spiegeln sich im hohen K lte und W rmebedarf wieder Der hohe K ltebedarf erlaubt den wirtschaftlichen Einsatz einer zentralen K lteversorgung mit einer KKM Der Warmwasserbedarf kann durch eine thermische Solaranlage wirtschaftlich gedeckt werden Da sich zudem die Bev lkerung in St dten konzentriert erscheint diese Region am vielversprechendsten f r den Einsatz alternativer Technologien Der sehr hohe und ber das Jahr verteilte K ltebedarf im Klimaregion IV am persischen Golf macht den Einsatz einer zentralen K lteversorgung notwendig Aufgrund des hohen Stromeinsparpotentials bei der K lteversorgung und des fast gleichbleibenden Warmwasserbedarfs liegen die Energiegestehungskosten der zentralen K lteversorgung und solaren Warmwasserbereitung sogar unter den subventionierten Energiepreisen und damit im wirtschaftlichen Bereich siehe auch 174 KWKK und solare K lteerzeugung beide basierend auf Nutzung einer AKM sind in einer energetischen Betrachtung sinnvoll und empfehlenswert aber zur Zeit nicht wirtschaftlich Genau wie in Klimaregion IV lohnt sich in der f nften Klimaregion aufgrund des hohen K ltebedarfs eine zentrale K lteversorgung Unter konomischen Gesichtspunkten empfiehlt sich hier die Kombination von BHKW und KKM Eine solar angetriebene AKM bewirkt zwar die deu
227. regionalen Energieversorgungskonzepten IRB Verlag Stuttgart 1985 57 Fromme J rg W Energienachfrage der Haushalte in Entwicklungsl ndern Verlag Peter Lang GmbH Frankfurt am Main 1991 58 Winkens H P Fernw rmespeicherung Transport und Verteilung Endbericht der IKARUS Projekt Teilprojekt 4 KFA J lich GmbH eigener Vertrieb J lich 1994 128 59 Eberhard G J Heide R N rck W Analyse von Informations und Methodengrundlagen f r rtliche Energieversorgungskonzepte Forschungsprojekt BMBau RS Il 1 704102 80 21 1980 Schriftenreihe St dtebauliche Forschung des Bundesministers f r Raumordnung Bauwesen und St dtebau 1982 60 Saadat A Korb G Simulationsprogramm f r rationelle und regenerative Energiesysteme GOMBIS 7 0 in SONNENENERSGIE Nr 4 1998 61 Saadat A Korb G Benutzerhandbuch zu GOMBIS Version 7 0 unver ffentlicht Berlin November 1998 62 Rouvel L W rmegewinn in Wohnungen aufgrund innerer W rmequellen Vortrag auf der 18 Berliner Gesundheitstechnischen Tagung Oktober 1983 Gesundheitsingenieur 105 Nr 3 S 140 142 1984 63 Steinm ller B Zum Energiehaushalt von Geb uden Systemanalytische Betrachtung anhand vereinfachter dynamischer Modelle Dissertation TU Berlin FB21 1982 64 DIN 4701 Mai 1994 Teil 1 und Teil 2 65 Mackey C O und Wright L T Periodic heat flow homogenous walls and roofs ASHVE Trans 50 s 293 312 1944 66 Gertis K
228. rer Parallelbetrieb bei der W rmeversorgung kann ein Fernw rmenetz sein Fernw rmenetze sind allerdings im Normalfall in Entwicklungsl ndern nicht vorhanden Daher m ssen die Konzeption und Betriebsweise der Anlage daf r ausgelegt sein den W rmebedarf der Verbraucher zu decken Zur Deckung der W rmelast werden mehrere BHKW Module eingesetzt Dadurch wird eine h here Verf gbarkeit der Gesamtanlage bei Ausfall eines Aggregats oder bei Wartungsarbeiten erreicht Au erdem kann der Betrieb im unwirtschaftlichen Teillastbereich durch An und Ausschalten von Motoren oder Motorengruppen umgangen werden und gleichzeitig eine bessere Ann herung an die Jahresdauerlinie erreicht werden Modulzahl und Modulleistung sollten so gew hlt werden dass eine h chstm gliche Auslastung der einzelnen Module ber das Jahr gew hrleistet ist Wird bei konstanter Gesamtleistung die Zahl der Module klein gew hlt sinkt die Investitionssumme aber auch die Betriebsstundenzahl der Motoren Werden dagegen mehrere kleine Module installiert sinkt die Betriebsstundenzahl es steigt aber die Investitionssumme F r die Auslegung und den Betrieb eines BHKW resultieren f r die Fallbeispiele folgende allgemeine Grunds tze w rmeorientierte Auslegung und w rmebedarfsgef hrter Betrieb Zuheizen mit Spitzenkessel stromseitige Einbindung in das ffentliche Verteilungsnetz modularer Aufbau zur Leistungsanpassung und Gew hrleistung der Versorgungssiche
229. rgaben aus 157 Eine Vergr erung der Kollektorfl che bei gleichbleibendem Verbrauch f hrt zu einer Erh hung des solaren Deckungsanteils bei gleichzeitiger Verringerung des Systemnutzungsgrades Damit steigt bei Erh hung des solaren Deckungsanteils der W rmepreis Die Kurven des Systemnutzungsgrades in Berlin und Ramsar verlaufen gleichf rmig mit nahezu konstantem Abstand Der solare Deckungsanteil in Ramsar liegt auf Grund der h heren Einstrahlung 1600 kWh m a im Vergleich zu 1000 kWh m a deutlich ber dem solaren Deckungsanteil in Berlin Daraus resultieren deutlich geringere W rmepreise Die Kurven verlaufen jeweils gleichf rmig allerdings vergr ert sich der Abstand mit steigender Kollektorfl che Damit k nnen bei gleichen konomischen Randbedingungen in Ramsar wesentlich gr ere Kollektoranlagen als in Berlin installiert werden Unter der Vorgabe dass ein W rmepreis von 15 Cent kWh nicht berschritten werden soll w rde in Berlin eine Anlage mit ca 75 m Kollektorfl che die ca 40 des Warmwasserbedarfs deckt installiert In Ramsar dagegen w ren ber 200 m Kollektorfl che und ein solaren Deckungsanteil von 85 m glich 6 4 Speicherdimensionierung Die Dimensionierung des Speichers erfolgt nach der zu speichernden und vor allem zu entnehmenden Energiemenge Diese Menge h ngt von vier Faktoren ab 158 Gr e und zeitlicher Verlauf der Nachfrage Nachfragekurve Gr e und zeitlicher Verlauf des Angebots Ang
230. rgleich zum Basisszenario Zusammenfassung In Tabriz bleibt als einziges Alternativszenario der Einsatz eines BHKW das direkt vom den EVU betrieben wird Das EVU profitiert in diesem Fall von der Tarifstruktur im Iran die f r EVU h here Subventionen des Gaspreises beinhaltete als f r Endverbraucher In allen anderen Alternativszenarien liegt der Kapitalr cklaufzeit deutlich ber der Lebensdauer der Komponenten 107 7 4 3 Klimaregion Ill Shiraz In Shiraz werden insgesamt 1245 MWh W rme Spitzenlast 1136 kW und 304 MWh K lte Spitzenlast 234 kW ben tigt Auf die Spitzenlast ausgelegte Kessel und K lteerzeuger erreichen 1096 bzw 1300 Volllaststunden im Jahr Der Strombedarf liegt wie bei allen anderen Regionen bei 1MWh a Spitzenlast 163 kW 1100 1000 900 800 4 700 600 4 500 400 4 Leistungsbedarf in kW 300 200 100 471 941 x 4701 5641 6111 6581 7051 7521 7991 8461 N Cr 1411 1881 2351 2821 3291 N n r Stunden im Jahi Abbildung 7 14 Geordnete Jahresdauerlinien f r Leistungsbedarf in Shiraz Im Basisszenario werden wie in allen anderen Basisszenarien W rme und K ltebedarf durch konventionelle Anlagen Heizkessel bzw Verdunstungsk hlanlagen gedeckt Die erforderliche Leistung wird jeweils durch mehrere Maschinen gedeckt ein Nahw rmenetz ist nicht vorhanden Die Verdunstungsk hlanlagen ben tigen 586 MWh Strom im Jahr Insgesamt is
231. rheit verbrauchsnaher Standort zur Vermeidung von l ngeren W rmetransportleitungen und den damit verbundenen W rmeverlusten 6 2 Auslegung von K lteanlagen Neben dem Verbrauch von W rme und Strom ist im Iran ein Bedarf an K lte zu decken Gegenw rtig wird der K ltebedarf im Iran zu etwa 90 durch kleine Kompressionsk ltemaschinen KKM bzw Verdunstungsk hlanlagen gedeckt die ausschlie lich verlustreich erzeugte Elektroenergie verbrauchen Die Verdunstungsk lte anlagen bestehen im wesentlichen aus einem Wasserbecken einem Ventilator und den in das Geb ude f hrenden Luftkan len Au enluft berstr mt das Wasserbecken Dabei verdunstet Wasser aus dem Becken und durch die aufzuwendende Verdunstungsenthalpie sinkt die Temperatur der Luft Die befeuchtete und gek hlte Zuluft wird durch die Luftkan le in das Geb ude geleitet Der Ventilator befindet sich am Eingangsstutzen der Luftkan le und gew hrleistet einen gleichbleibenden Luftstrom 80 Eine Kraft W rme K lte Kopplungsanlage auf der Basis eines BHKW bzw einer thermischen Solaranlage ist eine Variante der dezentralen Energieversorgungsanlage die in Industriel ndern zunehmend Verwendung findet 139 Sie besteht aus einer Vielzahl von Komponenten die auf sehr unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden k nnen Jede Komponente f r sich ist bereits in Pilotvorhaben praktisch eingesetzt worden 140 Die erhebliche Gestaltungsfreiheit und der daraus resultier
232. riebs und haustechnische Anlagen D sseldorf Juli 1994 95 VDI Richtlinien VDI 2076 Leistungsnachweis f r W rmeaustauscher mit zwei Massenstr men D sseldorf Oktober 1995 96 Meli M M glichkeiten und Grenzen der Sonnenenergienutzung in der Bundesrepublik Deutschland mit Hilfe von Niedertemperaturkollektoren Grundlagen Technische Systeme Wirtschaftlichkeit Dissertation Universit t Essen 1978 97 Gutierrez G u a Simulation of Forced Circulation Water Heaters Effects of auxiliary Energy Supply Load Type and Storage Capacity Solar Energy 15 287 1974 98 Ministry of Road and Transportation Iranian meteorological Organization Pers nliche Mitteilung 99 Meteorological Year Book 1993 100 Goh T N Tan K J Stochastic modeling and forecasting of solar radiation data Solar Energy Vol 19 Pergamon Press Printed in Great Britain 1977 101 Aguiar R Collares Pereira M TAG A teim dependent autoregressive Gaussian Model for generating synthetic hourly radiation Solar Energy Vol 49 No 3 Printed in the U S A 1992 102 Gordon J M Reddy T A Time series analysis of daily horizontal solar radiation Solar Energy Vol 41 No 3 Printed in the U S A 1988 103 Erbas D G Klein S A Duffie J A Estimation of the diffuse radiation fraction for hourly daily and monthly average global radiation Solar Energy Vol 28 Pergamon Press Printed in Great Britain 1982
233. rleitungen Bei durchstr mten Rohrleitungen erfolgt l ngs der Str mungsrichtung eine Temperatur nderung Mit der Annahme einer mittleren spezifischen W rmekapazit t Cm ergibt sich f r den W rmeverlust Q Qy M Cm Te Ta 4 53 Die Temperatur am Rohrleitungsaustritt h ngt von der Dichte des Mediums dem Massenstrom der spezifischen W rmekapazit t und dem k Wert der Rohrleitung ab Sie berechnet sich wie folgt 94 Ta T 6 T 4 54 __kr e 4 55 Mc In PRAXOSOL wird f r Ty zwischen innen und au enverlegten Rohren unterschieden F r innenverlegte Rohre wird Ty 15 C gesetzt F r au enverlegte Rohre entspricht Ty der Umgebungstemperatur aus den Wetterdaten Der k Wert der Rohrleitung errechnet sich nach folgender Gleichung 57 er le E 4 56 kke ad Duden end Der sehr geringe innere W rme bergangswiderstand kann vernachl ssigt werden Der u ere W rme bergangskoeffizient errechnet sich nach 94 f r vertikal verlaufende Rohrleitungen aa B 0 09 AT 4 57 Der Wert B ist eine von der Oberfl che der Isolation abh ngige materialspezifische Gr e Bei der Temperaturdifferenz AT handelt es sich um die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Oberfl che der Isolation Sie wird in der Regel abgesch tzt und nach der Rechnung gegebenenfalls iterativ korrigiert Anhaltswerte f r B werden in der VDI 2055 94 angegeben W rme bertrager In den meisten Klimaregionen m
234. rn der Tagesg nge mit monatlichen Verbrauchsdaten Tagesg nge k nnen normiert sein 3 Verbraucher mit Tagesgangdaten Heizw rme Prozessw rme K lte Strom Eingabe typischer Tageslastg nge Tagesverbr uche f r eine Nutzenergieart berlagern der Tagesg nge mit Tagesverbr uchen Tagesg nge k nnen normiert sein h Verbraucher mit berschl giger W rmebedarfsber echnung Heizw rme Eingabe typischer Tageslastg nge Normw rmebedarf Geb udetyp A V k Wert TRY Berechnung Normw rmebedarf mit A V Methode Klien Methode Tagesg nge k nnen wahlweise berlagert werden Verbraucher mit Daten aus Geb udesimula tionsprogramm Heizw rme K lte Eingabe typischer Tageslastg nge physikalische Ge b udedaten TRY Geb udesimulations programm Ergebnis sind Tagessummen diese werden mit den Tagesg ngen berlagert Verbraucher mit verkn pfter Bedarfsdatei Heizw rme Prozessw rme K lte Strom keine Tages g nge erforderlich Daten stammen aus externer Datei z B Messung Tabelle 4 1 In GOMBIS enthaltene Verbrauchertypen Verkn pfung zu Fremd datei mit Bedarfsdaten bernahme der Fremd daten als Stundenwerte Es ist ein Verbrauchertyp verf gbar der eine Verkn pfung zu einer oder mehreren Fremddateien z B Ergebnissen aus anderen Simulationsprogrammen bzw Messungen er m glicht Dieser spezielle Verbr
235. rombedarf E W rmebedarf MWh a Ss Basis 1 2 Basis 1 2 Szenario Abbildung 7 7 W rme und Strombedarf f r Klimaregion Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario1 und KWK Szenario2 1500 E W rme KWK EM W rme Solarkollektor E W rme Kessel E Strom KWK E Strombezug 1400 MWhla S Ss Basis 1 2 Basis 1 2 Szenario Abbildung 7 8 Energiebereitstelung f r Klimaregion I Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario1 und KWK Szenario2 98 Kostenbilanz aus der Sicht des Endverbrauchers In allen drei Szenarien wird von einem Kapitalzinssatz von 10 ausgegangen Wie Tabelle 7 8 zu entnehmen ist steigen durch die Nutzung der Solarenergie die W rmegestehungskosten von 29 87 DM MWh auf 79 01 DM MWh In diesem Szenario liegen die Solarw rmegestehungskosten mit 80 13 DM MWh nahe an diesen W rmegestehungskosten Dies bedeutet dass die eigentlichen Mehrkosten durch die kapitalintensive Nutzung der Solarenergie verursacht wurden Trotzdem kommen sie bei gleicher Anlagengr e aufgrund der anderen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen nicht in die N he der in Abbildung 6 3 ermittelten solaren W rmegestehungskosten von etwa 500 DM MWh In zweiten Szenario Einsatz eines BHKW steigen die W rmegestehungskosten auf 104 64 DM MWh und die Stromgestehungskosten auf 124 52 DM MWh Die H he der W rme und Stromgestehungskosten sind a
236. rschiedene Methoden bezeichnet die einem hnlichen Schema entsprechen Sie st tzten sich auf statistisch erfasste Merkmale und leiten mit Hilfe von bekannten spezifischen Energieverbrauchswerten den Energiebedarf ab Der wesentliche Unterschied zu den anderen Methoden ist dass die Bezugsgr en nur einen indirekten Zusammenhang zum W rmebedarf aufweisen also keine bauspezifischen oder hnliche Daten Diese Einflussgr en ergeben den unterschiedlichen Energiebedarf Die energierelevanten Gr en werden auch als Energie Indikatoren bezeichnet In den meisten F llen wird versucht vorhandenes leicht zu beschaffendes Datenmaterial auch als Strukturdaten oder Verbrauchsmerkmale bezeichnet des jeweiligen Bilanzraumes z B Versorgungsunternehmen St dte Gemeinde oder Landkreise zu verwenden Die Vorgehensweise der Indikatorenverfahren kann sehr unterschiedlich sein Beispielhaft werden drei Verfahren beschrieben die Wohnfl chenmethode die Tarifraummethode und die Kennwertmethode die verschiedene Indikatoren verkn pft Wohnfl chenmethode Als Indikator f r den W rmebedarf bei Haushalten wird hier mit der Wohnfl che gearbeitet Es handelt sich um geb udescharfe Angaben denen ein spezifischer 24 W rmebedarf je Quadratmeter zugrundegelegt wird In Gelsenkirchen 53 und den Gebieten Franken Bodensee Schwarzwald Baar Heuberg 56 wurde diese Methode angewendet In S dostoberbayern 541 ist die Methode durch die Einbeziehung d
237. se stattgefunden haben In den Entwicklungsl ndern erscheint trotz einer Reihe von Aktivit ten die wissenschaftliche Durchdringung im Energiebereich noch verbesserungsw rdig Im Anschluss an die Entwicklung einer Methode zur Datenerhebung und bearbeitung stehen die Entwicklungs und Gesamtplanentwicklungsabl ufe 1 2 Zielsetzung Ziel dieser Arbeit ist es einen Leitfaden daf r zu geben wie in einem Entwicklungsland wie dem Iran Versorgungskonzepte entwickelt werden k nnen die unter Einbeziehung von Solarenergie und Kraft W rme K lte Kopplung den wachsenden Energiebedarfs m glichst rationell umweltfreundlich und wirtschaftlich decken Diese Zielsetzung macht die Untersuchung einer Reihe unterschiedlicher Problemstellungen aus verschiedensten Bereichen der Energiewirtschaft der Energietechnik des Maschinenbaus und anderen technischen und nicht technischen Disziplinen erforderlich Die Arbeit konzentriert sich auf teil rtliche Energieversorgungskonzepte An diesen Energiekonzepten soll exemplarisch eine Vorgehensweise entwickelt werden die dann auf gr ere Versorgungsgebiete bertragen werden kann Daf r ist es notwendig alle Planungsschritte von der Bestandsaufnahme ber die Betrachtung von Varianten bis zur Empfehlung einer Versorgungsvariante zu durchlaufen A rtliche Energieversorgungskonzepte y Planungsphase Energiebedarf Spez Kosten l Energie Ist Zustand bereitstellung y y y Energiebedarf Wirts
238. sonaler Speicherung spez Kollektorfl che 1m MWh Speichervolumen 3 8 m m l sst sich der solare Deckungsanteil um 7 Punkte auf 88 steigern Wenn eine Absorptionsk ltemaschine den sommerlichen K ltebedarf deckt werden mit 0 4 bzw 1 m MWh Kollektorfl che und 1 7 bzw 2m m Speichervolumen solare Deckungsanteile von 55 bzw 97 erreicht Kerman Die klimatischen Verh ltnisse und damit auch die Dimensionierung der Komponenten sind hnlich wie in Shiraz Allerdings f hrt der bergang zur saisonalen Speicherung bei reiner W rmebedarfsdeckung nicht zur gleichen Vergr erung des Speichervolumens Auch die Erh hung des solaren Deckungsanteils f llt geringer aus Im Fall der solaren K hlung dagegen wird ein gr eres spezifisches Speichervolumen ben tigt Das Gesamtsystem erreicht damit aber auch ein wesentlich h heren solaren Deckungsanteil 67 Diese Ergebnisse zeigen dass die Dimensionierungsempfehlungen f r Anlagen im Iran nicht nur bez glich der Kollektorfeldgr e und des spezifischen Speichervolumens von den f r Mitteleuropa bestehenden Empfehlungen abweichen Auch der Einsatz saisonaler Speicher unterscheidet sich Wenn nur W rmebedarf f r Heizung und Warmwasserbereitung besteht ist eine saisonale Speicherung nicht sinnvoll Lediglich in Gebieten in denen hoher sommerlicher K ltebedarf vorliegt ist der Einsatz der saisonalen Speichern empfehlenswert 6 6 Nahw rmesysteme Aufgrund der strukturellen Stadtentwickl
239. sorgung mit KKM kann das EVU bei gleichbeleibenden Preisen f r den Verbraucher seine Verluste um gut 8000 DM Jahr verringern Der Preisspielraum liegt zwischen den W rmepreis des Basisszenarios 36 45 DM MWh und 78 10 DWMWh Szenario 1 Solarenergienutzung Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 30 653 DM 86 570 DM 78 359 DM 131 031 DM Einnahmedifferenz 0 DM 55 917 DM 47 706 DM 100 378 DM Ausgaben gesamt 179 552 DM 227 258 DM 227 258 DM 227 258 DM Rohgewinn 148 899 DM 140 689 DM 148 899 DM 96 227 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 8 210 DM 0 DM 52 672 DM Gesamtkosten des Verbrauchers 85 622 DM 86 570 DM 78 359 DM 131 031 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 947 DM 7 263 DM 45 409 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 36 45 DM MWh 28 75 DM MWh 78 10 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh Tabelle 7 29 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario 121 Szenario 2 KWKK Mit einer Kombination BHKW und KKM reduziert das EVU bei festen Energiepreisen f r den Verbraucher seine Verluste auf weniger als die H lfte des urspr nglichen Wertes Die Preisspanne ist mit 36 45 DM MWh bis 45 69 DM MWh geringer als in Szenario 1 Basis
240. st aber schwierig da die Systeme ihre Produkte meist in unterschiedlichen Mengenverh ltnissen bereitstellen F r den Vergleich von KWK Anlagen mit Systemen zur ungekoppelten Erzeugung z B mit Kondensationskraftwerken oder Heizkesseln stehen zwei unterschiedliche Verfahren zur Verf gung die Verh ltniswert Methode und die Restwert Methode Bei der Verh ltniswert Methode wird der Prim renergiebedarf einer KWK Anlage entsprechend der bei der Einzelerzeugung ben tigten Prim renergie aufgeteilt Bei der Restwert Methode wird vom Prim renergiebedarf der KWK Anlage der Teil abgezogen der bei der ungekoppelten Erzeugung eines Produkts ben tigt w rde und der Rest dem zweiten Produkt zugeschrieben 68 Zu diesem Zweck m ssen als Referenz Einzelerzeugungsanlagen definiert werden die das Ergebnis des Vergleichs ma geblich beeinflussen Da die Restwert Methode h ufig angewendet wird soll im Folgenden n her darauf eingegangen werden Abbildung 5 1 zeigt das Energieflussbilid eines hypothetischen Blockheizkraftwerks das aus 100 kWh Prim renergie 35 kWh Strom und 65 kWh Nutzw rme erzeugt 11kWh Verluste Kraftwerk Na 0 37 35kWh Strom 100kWh 59kWH Verluste 35kWh Strom Abbildung 5 1 Bewertung der W rme aus einem Abbildung 5 2 Bewertung des Stroms aus einem BHKW mit einer Prim renergie Gutschrift f r die BHKW mit einer Prim renergie Gutschrift f r die Stromerzeugung 116 W rmeerzeugung 116
241. stenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Il Tabriz Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario u 4444sssnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenn 106 Tabelle 7 15 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region II Tabriz Nutzung der KWK Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario 444s4444440Hsnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenn nn 106 Tabelle 7 16 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Il Tabriz Nutzung der PV Szenario 3 im Vergleich zum Basisszenario 44s444s440esssnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 107 Tabelle 7 17 Szenarien f r Klimaregion Ill Shiraz 24440 nn nnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnenn 108 Tabelle 7 18 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Ill Shiraz Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 KWK Szenario 2 und PV Nutzung Szenario 3 112 Tabelle 7 19 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region III Shiraz Nutzung der Solarthermie Szenario 1 im Vergleich zum Basisszenario uu 4444s4ssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 112 Tabelle 7 20 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region Ill Shiraz Nutzung der KWK Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario ssssnneeennnnnnnennnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnn nn 113 Tabelle 7 21 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Regi
242. szenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie wenn W rme und Rohgewinn wie im Nutzer die Anlage K ltepreis Basisszenario betreiben w rde Einnahmen gesamt 30 653 DM 86 570 DM 709 DM 96 438 DM Einnahmedifferenz 0 DM 55 917 DM 29 944 DM 65 785 DM Ausgaben gesamt 179 552 DM 149 608 DM 149 608 DM 149 608 DM Rohgewinn 148 899 DM 63 038 DM 148 899 DM 53 169 DM Kostendifferenz zu Basisszenario 85 861 DM 0 DM 95 729 DM Gesamtkosten des Verbrauchern 85 622 DM 86 570 DM 709 DM 96 438 DM Kosten nderung f r den Verbraucher 947 DM 84 913 DM 10 816 DM spez Preis f r W rmelieferung an Verbraucher 36 45 DM MWh eee mm 45 69 DM MWh spez Preis f r K ltelieferung an Verbraucher 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh 64 33 DM MWh Tabelle 7 30 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU f r Region V Kerman Nutzung der Kraft W rme k lte Kopplung Szenario 2 im Vergleich zum Basisszenario Szenario 3 KWKK und Solarthermie Unter der Vorgabe dass die Nutzer die gleichen Energiepreise zahlen wie im Basisszenario steigen die Verluste des EVU um knapp 80 Wenn das EVU diese Verluste auffangen will muss es den W rmepreis vervierfachen Basisszenario EVU betreibt alle Anlagen vorgegebener Rohgewinn wie im Rohgewinn wie wenn W rme und Basisszenario Nutzer die Anlage K ltepreis betreiben w rde Einnahmen gesamt 30 653 DM 86 570 DM 205 302 DM 265 792 DM Einnahmedifferenz 0 DM 55 917 DM 174 649 DM 235 139 DM Ausgaben gesamt
243. t der K ltebedarf mehr als dreimal zu hoch wie in den Regionen I und Il Dazu kommt die h here Volllaststundenzahl Diese beiden Gegebenheiten machen es sinnvoll eine zentrale K lteversorgung einzurichten In allen drei Alternativszenarien werden die Verdunstungsk hlanlagen durch Kompressionsk ltemaschinen in Verbindung mit einem K ltenetz ersetzt In der ersten Variante Szenario 1 wird zur W rmeversorgung ein Heizkessel mit einer Leistung von 1310 kW mit einer Solaranlage 300 m Flachkollektoren und 150 m Speichervolumen kombiniert Als zweites und drittes Szenario werden der Einsatz von KWK sowie Nutzung von Photovoltaik betrachtet Die Eckwerte des Basisszenarios und der Alternativen sind in Tabelle 7 17 zusammengefasst Die Dimensionierung der Solaranlage erfolgte nach Tabelle 6 2 Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Heizkessel 1200kW Heizkessel 1310kW Heizkessel 1310kW Heizkessel 1310kW W rme Solaranlage BHKW 206 kWa Flachkollektoren 300 333 KW m Speicher 150 m Teillastgrenze 20 Verdunstungsk hl Kompressionsk lte Kompressionsk lte Kompressionsk lte K lte anlagen 250kW maschine 270 maschine 270 maschine 270 KW k te 96 8 kWa KW k ite 96 8 kWa kWk tte 96 8 kW Strombezug aus dem Strombezug aus dem Strombezug aus dem PV Anlage Modul Strom Netz Netz Netz und Nennleistung 120 W Eigenstromerzeu Modulfl che 1 11 m gung durch BHKW Modulzahl 1
244. t tel doit tre le principal talent de l homme appel diriger coordonner entre eux les travaux de ses semblables les faire concourir vers un but utile de quelque genre qu il soit S CARNOT R FLEXIONS SUR LA PUISSANCE MOTRICE DU FEU SUR LES MACHINES PROPRES A D VELOPPER CETTE PUISSSANCE PARIS 1824 Zusammenfassung Die Entwicklung des Irans l sst einen grundlegenden Um und Ausbau der Energiewirtschaft erwarten Dieser Schritt ist typisch f r den Weg eines Entwicklungslandes zu einer industrialisierten Gesellschaft Die Forschung im Bereich der Nutzung der erneuerbaren Energien Kraft W rme Kopplung KWK und Kraft W rme K lte Kopplung KWKK wird in den n chsten Jahren auch in den Entwicklungsl ndern neue Perspektiven er ffnen um einen Teil der st ndig wachsenden Energienachfrage zu decken Welchen Beitrag solche Systeme bei der zuk nftigen Energieversorgung leisten k nnen h ngt neben den konomischen Rahmenbedingungen prim r von den am Standort herrschenden klimatischen Verh ltnissen ab In der vorliegenden Arbeit wird die Problematik der Erstellung dezentraler multivalenter Energieversorgungskonzepte innerhalb teil rtlicher Energieversorgung in Entwicklungsl ndern am Fallbeispiel Iran untersucht Insgesamt werden f nf typische klimatische Regionen betrachtet deren spezifische Bed rfnisse und Randbedingungen f r jeweils identische Verbraucher zu ganz unterschiedlichen Versorgungskonzepten f
245. t 3 E i Q KW Abbildung 4 14 W rmestr me im Speichermodell dQ i Am Qa L v 4 64 dQ a Q Q2 Qv 4 65 dQ a Ar Qw Ar Aus 4 66 Die W rmeverluste sind von der Speicheroberfl che As und demTemperaturgradient zwischen Speicher und Umgebung Tspi Ty abh ngig und berechnen sich nach folgender Gleichung Aiso Qu k Aspi Tespi Ty d Aspi Toy T 4 67 iso Der durch die Annahme einer Last bedingte Massenstrom aus dem 1 Segment entspricht den Massenstr men f r das nachflie ende Kaltwasser und den W rmestr men zwischen den einzelnen Segmenten Q Q M 6 Toy CTg 4 68 59 Q Q M ET Ze 4 69 Qkw Q32 ML kw Tkw 63 Tgp3 4 70 Der lastbedingte Massenstrom m errechnet sich nach 4 71 ie R 4 71 Csp1 Tsp1 Ckw Tkw Da der dieser Arbeit zugrundeliegende Datensatz Stundenwerte liefert betr gt die Zeitspanne dt genau eine Stunde Die Integration dieser Differentialgleichungen wird nach dem Eulerschen Differenzenverfahren durchgef hrt In den folgenden Gleichungen wird daher nicht mehr das Differential benutzt sondern die Zeitspanne von einer Stunde als Differenz AQs Ms cw Tsp Ts t Be Te 4 72 Das Aufl sen von 4 72 f r die einzelnen Segmente ergibt die Speichertemperaturen die sich nach einer Stunde einstellen Qu Q Qu Q Tspineu H TE M E 3At Tspi att 4 73 Sp 1 Q Q Q Tsp2neu
246. t mit anderen Worten das Bestreben mit dem eingesetzten Kapital eine m glichst hohe Rendite zu erwirtschaften Dabei spielen neben der Anfangsinvestitionen bzw den Ein und Auszahlungen die Zeitpunkte zu denen sie anfallen eine wichtige Rolle Aus der Sicht des Investors hat die Investitionsrechnung demnach drei Hauptfragen zu beantworten 1 Einzelinvestition ist das zur Entscheidung anstehende Objekt finanziell vorteilhaft Die Vorteilhaftigkeit eines Einzelobjektes wird entschieden 2 Alternativenvergleich Welche Objekt ist finanziell vorteilhafter Die relative Vorteilhaftigkeit von zwei oder mehreren Investitionsalternativen wird gepr ft Die Bestimmung der relativen Vorteilhaftigkeit dient der Erstellung einer Rangfolge 3 Nutzungsdauer und Ersatzproblem Wie lange kann eine alte Anlage genutzt werden und wann sollte sie durch eine Neuinvestition ersetzt werden In der Literatur ist im Zusammenhang mit der Investitionsentscheidung bei der Nutzung der KWK Technologie die Kostenvergleichsrechnung am weitesten verbreitet 123 131 132 133 134 135 136 Dazu wird eine Referenzperiode die f r alle Perioden des gesamten Planungszeitraums repr sentativ sein soll gew hlt und deren Jahresgesamtkosten der Alternativen ermittelt und miteinander verglichen Da eine Zahlung in einer sp teren Periode bezogen auf den aktuellen Zeitpunkt weniger Wert ist wird bei der Anwendung eines dynamischen Verfahrens diese sp tere Zahlung a
247. t nur Szenario 2 eine Kapitalr cklaufzeit unter 10 Jahren Die beiden Solarszenarien schneiden mit knapp 16 Jahren Solaranlage und KKM bzw ber 50 Jahren Solaranlage und AKM deutlich schlechter ab Auch hier in Kerman lassen sich mit einer KKM K ltegestehungskosten realisieren die nur 10 der K ltegestehungskosten einer solar angetriebenen AKM betragen Tabelle 7 28 Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ausgaben gesamt 19 939 DM 18 076 DM 16 939 DM 36 405 DM Einnahmen gesamt 69 027 DM 69 027 DM 77 191 DM 69 027 DM gesamte Kosten der Energiebereitstellung 85 622 DM 130 559 DM 183 327 DM 259 651 DM W rmegestehungskosten von 1 067 42 MWh f r Szenario 1 und 2 1 926 57 MWh f r Szenario 3 K ltegestehungskosten von 468 27 MWh Stromgestehungskosten Wert des eigenerzeugten KWK Stromes bzw PV Stroms 36 45 DM MWh 64 33 DM MWh 94 89 DM MWh 26 24 DM MWh 144 56 DM MWh 25 73 DM MWh 174 22 DM MWh 15 88 DM MWh 108 57 DM MWh 263 29 DM MWh Solarw rmegestehungskosten 70 7 DM MWh 102 1 DM MWh Kapitalr cklaufzeit 15 9 a 9 8a 55 7 a Amortisationszeit gt 100 a 42 99 a gt 100 a Tabelle 7 28 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region V Kerman Basisszenario sowie Solarenergienutzung f r W rme Szenario 1 KWK Szenario 2 und Solarenergienutzung f r W rme und K lte Szenario 3 Kostenbilanz aus der Sicht eines EVU Durch den Einsatz von Solarenergie und zentraler K ltever
248. te zur Energiebereitstellung inklusive alternativer L sungen und Wirtschaftlichkeitsrechnung Kapitel 2 liefert Hintergrundinformationen f r die Fallstudie insbesondere zu Rahmenbedingungen der bestehenden iranischen Energiewirtschaft und zur zuk nftigen Energiebedarfsentwicklung Um die Energieversorgungskonzepte planen und die dazugeh rigen Anlagen auslegen zu k nnen ist eine zuverl ssige Bedarfsanalyse notwendig Im Kapitel 3 werden verschiedene Methoden der Energiebedarfsanalyse hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit im Iran untersucht Diesen Voruntersuchungen folgt die Diskussion welche Methoden der Bedarfsanalyse ungeeignet sind welche m glich erscheinen und an welchen Stellen Forschungsleistungen zu erbringen w ren um einen erfolgversprechenden Einsatz zu erm glichen Schlie lich wird basierend auf Erfahrungen aus Industriel ndern eine neue Methode zur Informationsaufbereitung kombiniert mit Berechnungsverfahren entwickelt In der vorliegenden Arbeit sollen die komplexen Systeme von Energietr gern ber eine Reihe von Umwandlungsprozessen bis hin zum Energienutzer betrachtet werden Am Markt sind eine Reihe von Computerprogrammen verf gbar die Planer und Entscheider in vergleichbaren Fragestellungen unterst tzen Allerdings wurden alle diese Hilfsmittel f r die Anwendung in Industriel ndern entwickelt Literaturrecherchen zeigen dass die vorhandenen Programme f r die in dieser Arbeit gestellten Aufgaben und Anforderungen nic
249. tegorie 1997 1998 1999 1999 1999 Haushalte 28 4 41 4 58 3 0 73 299 Handel und Gewerbe 99 6 116 3 210 0 2 63 141 Industrie 72 1 102 7 113 0 1 41 179 ffentliche Einrichtungen 44 3 70 3 78 0 0 98 230 Landwirtschaft 3 5 8 2 8 8 0 11 302 Durchschnitt 49 5 67 1 80 1 1 235 Tabelle 2 5 Strompreise im Iran nach Verbrauchssektoren Erdgas Aufgrund der gro en Vorkommen der vergleichsweise niedrigen Kosten und der besseren Umweltvertr glichkeit ist Erdgas zur Zeit die erste Wahl als Ersatzbrennstoff f r l Im Iran ist es nach Schwer l der preisg nstigste Brennstoff Allerdings bestehen gro e Unterschiede in den f r Kraftwerke anwendbaren Tarifen und den f r die Industrie g ltigen Tarifen Rial m US Cent m Verbraucherkategorie 1993 1999 1999 Haushalte 36 0 50 0 0 63 Handel und Gewerbe 73 2 110 0 1 38 Industrie 73 2 95 0 1 19 Kraftwerke 13 8 18 0 0 23 Tabelle 2 6 Erdgastarife nach Verbrauchssektoren 13 l Die Preise aller Mineral lprodukte liegen unterhalb der international g ltigen Marktpreise Tabelle 2 7 Zur Zeit kosten Mineral lprodukte im Iran zwischen 10 Heiz l und 50 Benzin der international g ltigen Preise Die Regierung betreibt eine Niedrigpreispolitik bez glich der Brennstoffe f r Kraftwerke und Kerosin Typ 1997 1998 1999 Benzin Normal 160 200 350 Benzin bleifrei 160 200 350 Kerosin 40 60 100 Fl ssiggas 40 60 100 Heiz l 2
250. tellung der strahlungstechnischen Eigenschaften am Beispiel eines Zweifachisolierglases ia AT T T 41 Abbildung 4 4 W rmeverluste an das Erdreich ssssnnnnnnnennnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnennnnn nn 43 Abbildung 4 5 PRAXOGES Aufbau 2 222042400nnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnennnnsnnnn 46 Abbildung 4 6 Energiebilanz einer W rmebereitstellungsanlage u 24440nnnsnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnn 48 Abbildung 4 7 Energiebilanz einer KWK Anlage ususnnesnnnnnnnnennnnnnnennnnnnennnnnnnnnnnnnnnnennnnnnn nenn 49 Abbildung 4 8 Energiebilanz einer Kompressionsk ltemaschine 244s0nnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnn 49 Abbildung 4 9 Energiebilanz einer Absorptionsk ltemaschine 2444nssnnnnennnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnn 51 Abbildung 4 10 Energiebilanz einer Photovoltaikanlage urnsnnnnnnnnnnennennnnennnnnnnennennnn mann 52 Abbildung 4 11 Gesamtdarstellung einer kompletten Energieversorgung in GOMBIS 000 53 Abbildung 4 12 Arbeitsablauf in GOMBIS 44snnnesennnnnnnennnnnnnennnnnnnnnnnnnnennennnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 54 Abbildung 4 13 Schematische Darstellung einer thermischen Solaranlage mit Nachheizung 56 Abbildung 4 14 W rmestr me im Speichermodell unnnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnennnnnnnnnennnn nn 59 Abbildung 4 15 Ablauf der Rechnung in PRAXOSOL f r ein
251. ten ber diesem Wert Stromverbrauch Stromanschluss Einwohnerzahl J hrlicher Pro Kopf Verbrauch in MWh Zahl Personen kWh Per und Jahr I Ramsar 36870 19726 36750 1003 3 II Tabriz 658351 293220 1088985 604 6 III Shiraz 697966 302154 965117 723 2 IV Bandar Abbas 847527 86661 249504 3396 8 V Kerman 254967 119409 311643 818 1 Gesamt Haushalti 29714256 12510000 62400000 476 2 Tabelle 7 2 J hrlicher Haushaltsstromverbrauch Pro Kopf Der j hrliche Strombedarf nach sozialen Haushaltstypen in Deutschland wird in 167 zwischen 1097 5 und 1305 kWh Jahr und f r einen durchschnittlichen Haushalt mit 1017 6 kWh a angegeben Da der Strombedarf haupts chlich von benutzten Haushaltsger ten abh ngig ist und der iranischen Bedarf besonderes in Gro st dten zum europ ischen Bedarf tendiert wird in dieser Fallstudie f r alle genannten naturr umlichen Gro einheiten unabh ngig von dem 91 klimatischen und sozialen Verh ltnissen ein mittlerer Strombedarf von 1000 kWh a angenommen F r die Stromtagesg nge werden Messungen aus dem Iran herangezogen Dabei wurde festgestellt dass die Tageslastg nge des Stromverbrauchs von Jahreszeiten abh ngig sind 20 Mit Hilfe der jahreszeitlichen Lastg nge wird zuerst der j hrliche Strombedarf in monatlichen Bedarf aufgeteilt Danach wird er mit Hilfe vier typischer Tagesg nge s Anhang 2 auf den st ndlichen Strombedarf umgerechnet Die Tabelle 7 3
252. tive Typendefinition sowie eine gute Auswahl der Geb ude an denen die Berechnungen vorgenommen werden wichtig Dieser Schritt bildet die Grundlage der gesamten Methode und eine in dieser Phase vers umte Genauigkeit wirkt sich auf die Pr zision des gesamten Erhebungsergebnisses aus Bei gro en Siedlungsgebieten homogener Bausubstanz stehen Erhebungsaufwand und Differenzierungsnutzen in keinem Verh ltnis mehr zueinander In einer solchen Situation sollte ein anderes Verfahren z B Siedlungstypenmethode zur Anwendung kommen Die Fortschreibungsm glichkeiten dieser Methode sind als schlecht anzusehen da bauliche Ver nderungen nicht regelm ig erfasst werden Fl chendeckend wurde die Geb udetypenmethode sowohl in Bonn 54h als auch in Wilhelmshaven 54c im gesamten Untersuchungsraum eingesetzt Eine Kombination aus Geb ude und Siedlungstypen wurde im Landkreis Nienburg 54i und in Freiburg 54q angewendet Tarifraum und Geb udetypenverfahren wurden in Norderstedt 54k kombiniert Im Saarland 54j kam die Geb udetypenmethode bei den Detailuntersuchungen zum Einsatz In West Berlin 54a wurden zur Erstellung des Gesamtkonzeptes drei f r die Berliner Bausubstanz typische Teilr ume f r welche anhand der Geb udetypenmethode der W rmebedarf bestimmt wurde ausgew hlt Dieser wurde dann unter Abgleich mit der Berliner Energiebilanz f r ganz West Berlin hochgerechnet 3 4 Indikatorenverfahren Mit Indikatorenverfahren werden ve
253. tlichste Reduktion von Gas und Strombedarf l sst sich aber wirtschaftlich in keiner Betrachtungsweise darstellen Allgemein In Gebieten mit konstantem hohem K ltebedarf sollten die vorhandenen Verdunstungsk hlanlagen durch Nahk ltenetze ersetzt werden Aus wirtschaftlichen Gr nden kommen als K lteerzeuger nur Kompressionsk ltemaschinen in Frage obwohl solar bzw durch ein BHKW angetriebene Absorptionsk ltemaschinen energetisch g nstiger sind Wenn fast kein Heizw rmebedarf sondern nur W rmebedarf f r die Warmwasserbereitung besteht kann dieser wirtschaftlich durch eine thermische Solaranlage kombiniert mit einem Spitzenkessel gedeckt werden In Regionen mit kurzen bergangszeiten sollte unter energetischen Gesichtspunkten eine solare Nahw rmeversorgung vorgesehen werden In allen anderen F llen kommen die alternativen Technologien nicht in Frage weil die Energiegestehungskosten um ein vielfaches ber den heutigen f r den Verbraucher g ltigen Energiepreisen liegen 123 8 Schlussfolgerungen Der erwartete Umbau der Energiewirtschaft bietet ein Chance f r grundlegende Reformen sowohl der Energiepreispolitik als auch der Energieversorgungsstruktur des Landes Die Nutzung alternativer Technologien f hrt durch die Steigerung der Energieeffizienz und das Ersetzen fossiler Prim renergietr ger durch erneuerbare Energien zu einem gr erem Handlungsspielraum der nationalen Energieplanung des Landes Eine solche Energieplanung erf
254. ttenbau WBS 70 des Typs MEL B0509 Magdeburg durchgef hrt Er zeigt dass der mit PRAXOGES berechnete Gesamtraumw rmebedarf nur 1 3 von den mit TRNSYS errechneten Ergebnissen 88 abweicht Die Jahresdauerlinien stundenaufgel st zeigen eine gute bereinstimmung 46 PRAXOGES TRNSYS Modelltyp quasistation res Ein Kapazit ten Modell dynamisches Mehrzonenmodell mit 6 Einzonenmodell mit gemittelter Geb udezonen 3 Wohnzonen Keller Innentemperatur Drempelgescho Treppenhaus langwelliger Strahlungsaustausch im Raum nicht ber cksichtigt ber cksichtigt konvektiver W rme bergang im Raum fester W rme bergangskoeffizient nach DIN fester W rme bergangskoeffizient nach DIN 4701 4701 Fenstermodell Fester k Wert und Gesamtenergie Fester k Wert und Berechnung des durchla grad g nach DIN 4701 Energiedurchlasses aufgrund der Glaseigenschaften kurzwelliger Strahlungaustausch im Raum Gesamte Einstrahlung der Fenster geht als Absorptionskoeffizienten der Innenoberfl chen Fremdw rme in die Bilanz ein werden ber cksichtigt Wandmodell eindimensional statische W rmeleitung auf eindimensional dynamische W rmeleitung auf Fassadenau enfl chen bezogen Innenfl chen bezogen Ber cksichtigung von kurzwelliger Einstrahlung Ber cksichtigung von kurzwelliger Einstrahlung langwelligem Strahlungsaustausch und festen konvektiven wetterabh ngigen konvektiven W rme bergangskoeffizienten W rme bergangskoef
255. u Im Kollektor wird die auftreffende Strahlung Gas in thermischen Energie umgewandelt Die G te eines Kollektors h ngt im wesentlichen von den Kenngr en Absorptionskoeffizient Emissionskoeffizient Transmissionskoeffizient und W rme bergangskoeffizient ab Neben diesen Gr en h ngt der Kollektorwirkungsgrad auf Grund der temperaturabh ngigen W rmeverluste von der Betriebstemperatur ab Die Berechnung von Kollektoren erfolgt anhand der Wirkungsgradbestimmung nach DIN V 4757 Teil 4 92 ao Tm Tu a1 Im Tu n no 4 47 GGg mit 1 Tm gt a Te Ta 4 48 Die am Kollektor auftretenden Verluste sind abh ngig vom angestrebten Temperaturniveau Entspricht die mittlere Kollektortemperatur der Umgebungstemperatur sind die thermischen Verluste gleich null Der Wirkungsgrad wird in diesem Fall allein durch den Konversionsfaktor n beschrieben der die optischen Verluste ber cksichtigt optischer Wirkungsgrad Die optischen Eigenschaften eines Kollektors sind im Konversionsfaktor zusammengefasst Der zweite Term in der Gleichung beschreibt die thermischen Verluste Sie steigen mit zunehmender mittlerer Temperatur Tm des Kollektors Die Nutzw rmeleistung Q des Kollektors berechnet sich nach folgenden Gleichungen AmO a 4 49 und Au m etr ar m c T T T 4 50 56 Die Globalstrahlung auf eine geneigte Fl che G c wird aus der Umrechnung der Wetterdaten bernommen Die W rme bergangsfaktoren a
256. udes und der Abstand des Kellerbodens bis zum Grundwasser F r die W rmeverluste an die Au enluft sind es der Umfang des Geb udes und die Grundwassertiefe Weitere Einflussgr en sind die Form des Geb udes die W rmeleitf higkeit des Erdreichs und der W rmeleitwiderstand eventuell vorhandener D mmschichten Wie M gge und Heynert 82 80 zeigen ist es mit diesen wenigen Faktoren m glich die W rmeverluste an das Erdreich ausreichend genau zu erfassen Die W rmeverluste werden durch die Temperatur des Kellers bestimmt die sich durch eine Energiebilanz des Kellers ermitteln l sst Da f r das Teilmodell des Kellers nur mit Monatsmittelwerten der Au entemperatur gerechnet wird wird die Kellertemperatur durch eine N herungsformel in Anlehnung an DIN 4701 ermittelt Der W rmestrom an das Grundwasser wird im Wesentlichen ber die Kellersohle der W rmestrom an die Au enluft ber die erdber hrten Seitenw nde bertragen Allgemein gilt mit 42 QVE als W rmeverluste an das Erdreich Qva als W rmeverluste an die Qv ew als W rmeverluste an das Grundwasser folgende Definition Qv E Qva Qv cw Die beiden Summanden werden wie folgt beschrieben Gya K qa U pa Trai Taaa Gyan Kyaew Ag Ts Tew mit Kiga quivalenter W rmedurchgangskoeffizient an die Au enluft Kig cw quivalenter W rmedurchgangskoeffizient an das Erdreich U Geb udeumfang Pa H he bzw Breite der Au enluft Einflusszone A
257. uf den Betrachtungszeitpunkt diskontiert Die meisten Methoden des statischen Kostenvergleichs werden durch Diskontierung der Ein und Auszahlungen mit Hilfe eines Annuit tenfaktor dynamisiert Diese Vorgehensweise ist dann korrekt wenn die Zahlungsstr me aller Perioden des betrachteten Planungszeitraums identisch sind Daf r werden die Wartungskosten mit Kostenfaktoren in Kosten pro erzeugte kWh elektrisch oder thermisch auf die Perioden gleichm ig verteilt bzw es wird davon ausgegangen dass die Zahlungen die durch Re Investitionen verursacht werden in allen Perioden gleich sind Die unterschiedlichen Akteure in einem Energieversorgungssystem verfolgen unterschiedliche Ziele Ist der Endverbraucher Nutzer gleichzeitig der Betreiber einer Anlage wird das Ziel einer Wirtschaftlichkeitsberechnung eine Kostenminimierung sein Wird jedoch die Anlage von einem EVU bzw einem externen Dienstleister Betreiber betrieben und dem Nutzer die 71 Nutzenergie zur Verf gung gestellt wird das Ziel haupts chlich eine Gewinnmaximierung bzw Verlustminimierung sein In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirtschaftlichkeit den vorhandenen bzw von zu erstellenden Energieumwandlungstechnologien sowohl unter dem Blickwinkel eines Produzenten rtliches EVU oder Eigenerzeuger als auch dem eines Konsumenten Verbraucher Kunde betrachtet und bewertet Damit erhalten die Energieverbraucher und auch Energieproduzenten die M glichkeit zus tzliche In
258. uf die Forderung der Versorgungssicherheit zur ckzuf hren Die Gew hrleistung der hundertprozentigen Deckung des W rmebedarfs erfordert einen Heizkessel der auch die Spitzenlast von 1310 kW liefern kann Dieser Heizkessel erreicht jedoch nur eine Volllaststundenzahl von 370 Stunden im Jahr Basisszenario Szenario 1 Szenario 2 verbrauchsgebundenen Kosten 4 260 DM 4 436 DM 5 695 DM betriebsgebundene Kosten 4 882 DM 14 870 DM 42 030 DM Ausgaben gesamt 9 141 DM 19 306 DM 47 724 DM Stromgutschrift 0 DM 0 DM 9 524 DM K ltebereitstellung 117 52 DM MWh 6 346 DM 6 346 DM 6 346 DM W rmebereitstellung 29 87 DM MWh 39 393 DM 39 393 DM 39 393 DM Einnahmen gesamt 45 739 DM 45 740 DM 55 263 DM gesamte Kosten der Energiebereitstellung 62 335 DM 127 408 DM 161 097 DM W rmegestehungskosten von 1 318 72 MWh 29 87 DM MWh 79 01 DM MWh 104 64 DM MWh K ltegestehungskosten von 54 00 MWh 117 52 DM MWh 122 58 DM MWh 120 70 DM MWh Stromgestehungskosten 124 52 DM MWh Wert des eigenerzeugten KWK Stromes 15 80 DM MWh Solarw rmegestehungskosten 80 13 DM MWh Kapitalr cklaufzeit 30 0 a 115 8 a Amortisationszeit gt 100 a gt 100 a Tabelle 7 8 Kostenbilanz aus der Sicht des Verbrauchers f r Region Ramsar Basisszenario sowie Solarenergienutzung Szenario 1 und KWK Szenario 2 Kostenbilanz aus der Sicht eines Betreibers In die Kostenbilanz gehen neben den energetischen Daten die Preisregelungen f r die Lieferung von W rme K lte und geg
259. uler M Meyer H Knirsch S Holst M Hiller M TRNSYS 14 unter Windows mit Windows 4 1 Ein Simulationsprogramm f r die energetische und visuelle Geb udesimulation im Siebtes Symposium Thermische Solarenergie Ostbayerisches Technologie Transfer Institut e V OTTI 1997 7 Jochum P Simulation und Optimierung solar unterst tzter Heizsysteme mit dem Simulationssystem Smile Dissertation Fachbereich Verfahrenstechnik Energietechnik der TU Berlin 1996 8 Schadt F Solare Nahw rmesysteme Ein berblick zum Stand der Entwicklungen Studienarbeit am Institut f r Energietechnik der TU Berlin 1993 9 Ehlers E Iran Grundz ge e geograph Landeskunde Wissenschaftliche L nderkunden Bd 18 Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt 1980 10 Tehran University Institute of Geophysics Journal of the Earth and Space Physics Vol 18 amp 19 No 1 amp 2 1989 1990 11 Mahmoudi F Geographische Eigenschaften Irans in Statistical Yearbook 1360 March 1981 March 1982 12 Kardowani P Allgemeiner Blick auf iranische Erde und ihre Problematiken in Statistical Yearbook 1360 bis 1363 March 1981 bis March 1984 13 Razaghi E The economy of Iran Tehran 1367 March 1988 March 1989 14 Stratil Sauer Studien zum Klima der W ste Lut und ihrer Randgebiete Sitzungsber sterr Akad Wiss Mathe Nat 1 Heft 1952 15 Pabot H Pasture development and range improvement through botanical and e
260. ung basiert sind In dieser Arbeit wird das stochastische Modell zur Generierung der Strahlungsdaten verwendet Stochastische Generierung der Globalstrahlung Die Langzeitmessungen die f r die meisten synoptischen Stationen im Iran vgl 99 dokumentiert sind werden neben der geographischen Breite und L nge als Eingangsparameter bei der Generierung der Globalstrahlung an einem beliebigen Standort im Iran eingesetzt Entsprechende Werte f r benachbarte Orte k nnen unter Ber cksichtigung der jeweiligen regionalen Klimazonen durch Interpolation gewonnen werden vgl 109 110 Die angewendete Methode zur Umwandlung der Tagessummen der Globalstrahlung in Stundenwerte sowie die Berechnung des diffusen und direkten Anteils der Globalstrahlung wird im Folgenden beschrieben Solarkonstante Go Die Solarkonstante stellt die Intensit t der Solareinstrahlung au erhalb der Atmosph re im mittleren Abstand der Erde von der Sonne dar Ihre gegenw rtig genaue Bestimmung erfolgt nach Bolle 111 mit 1368 3 6W m Durch die Ellipsenform der Erdbahn um die Sonne unterliegt die Solarkonstante einer jahreszeitlichen Schwankung Die extraterrestrische Strahlung l sst sich durch die Gleichung nach Igbal 112 berechnen zu rt Gok o 14 0 03344 cos N i az 17 Sonnenstand Ein Beobachtungsort auf der Erdoberfl che wird durch zwei Winkelkoordinaten beschrieben Es handelt sich dabei um die geographische L nge Aok und geograp
261. ung der Sanierungsarbeiten verwendet werden 47 4 3 Energiebereitstellungsanlagen GOMBIS betrachtet die Energiebereitstellungsanlagen als Black Boxes d h die Prim renergie wird innerhalb der Anlage mit einer bestimmten Wandlungsfunktion in die gew nschte Nutzenergie gewandelt Diese Beschreibung der Anlagen erfolgt mittels Wirkungsgraden Nutzungsgraden und Leistungszahlen GOMBIS enth lt eine Bibliothek mit entsprechenden auf Herstellerangaben basierenden Daten Transiente Vorg nge innerhalb der Maschinen und Apparate werden nicht ber cksichtigt Diese Vorgehensweise ist ausreichend genau und zielf hrend da GOMBIS nicht zu Verbesserung von Einzelkomponenten sondern zur Erstellung von Energiekonzepten unter Verwendung marktg ngiger Produkte eingesetzt werden soll Lediglich die Beschreibung der solarthermischen Anlagen erfordert ein detaillierteres Modell weil die thermische Solaranlagen im Gegensatz zu konventionellen Anlagen nicht nach dem Leistungsbedarf sondern nach Energiemengen ausgelegt werden und ihre Dimensionierung stark von dem st ndlichen W rmebedarf abh ngt Daf r wurde PRAXOSOL entwickelt s Kapitel 4 4 W rmebreitstellungsanlage W rmebereitstellungsanlagen stellen W rme durch Verbrennung eines Prim renergietr gers bereit Der klassische Vertreter ist ein Heizkessel Abbildung 4 6 Heizkessel EPEHERELTELTLEERFRRELTLTLTURERLELLETTETERT Abbildung 4 6 Energiebilanz einer W rmebereitstellungs
262. ung im Iran kommen im Bereich der W rmeversorgung lediglich Nahw rmesysteme in Frage die mit den traditionell individuellen W rmeversorgungen konkurrieren m ssen Die Vorteile der Nahw rmesysteme liegen bei der geringeren Investition und der h heren Effizienz der Energiewandlung dem gleichm igen Bedarf den zentralen Speichern und dadurch geringerer Investitionen und Energieverlusten und einem zentralen kompetenten Betreiber Demgegen ber stehen Nachteile auf den Gebieten der Netzkosten und verluste der geringeren Flexibilit t und der h heren Vorlauftemperaturen Es gibt grunds tzlich drei verschiedene Arten von Nahw rmeversorgungsnetzen Ein Vier Leiter System besteht aus zwei unabh ngigen Rohrsystemen wobei das eine zur Heizw rmelieferung und das andere zur Trinkwarmwasserversorgung benutzt wird Die R cklaufleitung des Trinkwassernetzes entspricht also dem Zirkulationsr cklauf Die Warmwasserbereitung findet zentral f r alle Geb ude in der Heizzentrale statt Der Vorteil des Vier Leiter Systems liegt zum einem darin dass das Heizwassernetz ber das gesamte Jahr mit gleitender Vorlauftemperatur gefahren bzw in den Sommermonaten abgeschaltet werden kann Zum anderen ist beim Vier Leiter Netz das Trinkwasser mit der f r ein solares Nahw rmeversorgungssystem sehr g nstigen niedrigen Vorlauftemperatur in der Heizzentrale verf gbar Dadurch kann das Kollektorfeld mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden als bei der
263. vestitionen in effizientere Technologien auf deren Wirtschaftlichkeit hin zu bewerten Auf Grundlage der energetischen Daten wie Energiebedarf Energiebereitstellung Prim renergiebedarf ermittelt die Wirtschaftlichkeitsrechnung im GOMBIS unter Ber cksichti gung der vorgegebenen Strombezugstarife Einspeiseverg tungen und Prim renergiekosten die Gestehungskosten der Energiebereitstellung f r alle Szenarien im Vergleich in Bezug auf das erste Versorgungsszenario Basisszenario die Amortisationszeit der Mehrinvestitionen f r die anderen Alternativ Szenarien die Wirtschaftlichkeit aus der Sicht eines Betreibers der Energiezentrale der die Nutzenergie an den Endverbraucher verkauft Betreiberbilanz das wirtschaftliche Ergebnis des EVU f r den Fall der Eigenstromerzeugung durch den Stromverbraucher In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Kostenbewertung der Versorgungsvarianten mit der Methode der Annuit tenrechnung nach VDI 2067 49 Blatt 1 und Blatt 7 In die verschiedenen Betrachtungsweisen gehen neben den projektspezifischen Kostendaten Preis und Verg tungsregelungen ein Abbildung 5 3 Simulation v Wirtschaftlichkeitsrechnung Daten f r kapitalgebundene betriebsgebundene und sonstige Kosten Daten f r verbrauchsgebundene Kosten Strompreisregelung Einspeiseverg tung p Gestehungskosten Daten f r kapitalgebundene betriebsgebundene und sonstige Kosten Daten f r verbrauchsgebu
264. wachstum und eine verst rkte Industrialisierung gekennzeichnet Dadurch induziertes Wirtschaftswachstum ruft eine Verbesserung des Lebensstandards und einen hohen Zuwachs des Energiebedarfs hervor Um neue Wege zur Bew ltigung der st ndig wachsenden Energienachfrage einzuschlagen und die damit verbundenen Schadstoffemissionen durch Industrie Verkehr und Haushalte einzud mmen werden viele Hoffnungen auf energieeffiziente Technologien und erneuerbare Energien gesetzt Es stellt sich in diesem Zusammenhang die Frage inwieweit ein Technologietransfer im Bereich der Energieeinsparung und Nutzung neuer Technologien dem Iran eine Phase hoher Energieintensit t ersparen kann Der Schwerpunkt der Aktivit ten der nationalen Energieplanung im Iran lag in der Vergangenheit und zum Teil noch heute fast ausschlie lich auf der Angebotsseite siehe 1 Zudem wurde die Energieplanung eher als ingenieurm ige Anlagenplanung verstanden die sich nur allm hlich zur nationalen Energieplanung entwickelte Die Planung der Energieangebotsseite hat auch heute noch ihre Bedeutung um mit der Sicherstellung einer minimalen Energieversorgung die Befriedigung von Grundbed rfnissen zu erm glichen da trotz des enormen Energiepotentials die Energieversorgung im Iran unzureichend und nicht gesichert ist Zur Erreichung der von der Regierung gesetzten entwicklungspolitischen Ziele im Industrie Dienstleistungs und Transportsektor stehen nicht gen gend Energiemengen zum
265. werden wie folgt bestimmt 0 01782 Rx 018 mit Rakin W m K 4 3 f2 0 8696 4 4 Und fink 0 45 37 Ra Rax f r Au enbauteile R 4 5 fonk 1 f r sonstige Bauteile fank wobei R in m KW der W rmeleitwiderstand von der Bauteilinnenoberfl che bis zur Mitte der Schicht k und R in m KW der gesamte W rmeleitwiderstand des Bauteils sind F r ein homogenes Au enbauteil ist f 0 5 Einrichtungsgegenst nde werden als Innenbauteile ohne Eigend mmung betrachtet wodurch die Korrekturfaktoren f und f zu 1 werden und nur der Abminderungsfaktor f ber cksichtigt wird 4 2 2 W rmebedarf aufgrund von Strahlung und Transmission durch die Geb udeh lle Transmissionsw rmeverluste durch nichttransparente Bauteile Die Transmissionsw rmeverluste entsprechen dem einfachen W rmedurchgang durch eine Wand d h sie werden im wesentlichen durch zwei W rme berg nge und die W rmeleitung beschrieben Im verwendeten Geb udemodell werden die Transmissionsw rmeverluste als eindimensionales und statisches W rmeleitproblem behandelt F r diesen Fall vereinfacht sich die Fourierschen Differentialgleichung der W rmeleitung zu l Opak eTe AET 4 6 mit Qq Transmissionsw rmestrom durch das Bauteil k als W rmedurchgangskoeffizient Rx W rmedurchgangswiderstand A Fl che des Bauteils Ty Au entemperatur und T Innentemperatur F r den W rmedurchgangswiderstand gilt l l S l Rk
266. wird f r diese inneren Quellen ein ber den Tag zeitlich konstanter Mittelwert errechnet der in die W rmebilanz des Geb udes eingeht In der folgender Abbildung wird der PRAXOGES Aufbau in Kombination mit GOMBIS dargestellt 45 GOMBIS Startform Verbraucher erzeugen Praxoges aufrufen Praxoges Startform i A Orientierung und Standort des Geb udes v L ftung Eingabeform Simulation und innere Quellen A Au enwand eigenschaften v A Dach Daten bernehmen Abfrage meteor Daten A Startwerte A Bereits geladen Y Nicht geladen Keller meteor Daten vi Bibliotheken W andaufbauten Isolationsmaterial Fenster lt an gt Simulation v Simulationsergebnisse Praxoges beenden und Simulationsergebnisse bernehmmen Ergebnisse Ergebnisse Tabellarisch Graphisch Verbraucher mit den Praxoges in Gombis weiter verarbeiten Abbildung 4 5 PRAXOGES Aufbau 4 2 6 Validierung von PRAXOGES Im Gegensatz zu dynamischen Programmen wie z B TRNSYS arbeitet PRAXOGES mit quasistation ren Modellen Wiesenberg 83 f hrte einen Vergleich der beiden Programme durch Die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Modellierung sind in Tabelle 4 2 zusammengestellt Die Vergleichrechnungen wurden f r einen f nfgeschossigen Pla
267. zw Kompressionsk ltemaschine mit allen zum Betrieb erforderlichen Zusatzkomponenten Heizzentrale Netzpumpen und Regelung Speicher und D mmung Sanit ranschluss Montagematerial sowie Montage und Einbindung verbindender Rohrleitungen Verteilernetz Brennstoffversorgung Sammelnetz Haus bergabestationen Geb ude Grundst ck und Bebauung Schornsteineinrichtung einschlie lich Geb udetechnik F r die spezifischen Investitionskosten der einzelnen Komponentengruppen wurde ein logarithmischer Ansatz in Abh ngigkeit von dem Absolutwert der installierten Leistung P Q Ppeak bzw der Fl che gew hlt Tabelle 7 4 enth lt die verwendeten Zusammenh nge Komponentengruppe spezifische Investitionskosten Einheit Kessel 168 828 2 85 8 In Q DM kWh BHKW 89 168 3410 285 In P DM kWa Solarfeld 169 170 642 28 6 In Axo DM Akso Solarspeicher 169 171 300 DM m PV Anlage 172 21379 908 4 In Ppeax DM Ppeak K ltanlage 173 Hersteller Angebot Heizzentrale Bauteil 168 173 3 18 35 In Q DM kW Erdgasversorgung 169 6000 DM Sammelnetz 169 200 DM m Haus bergabestation 169 10000 DM St Geb ude 5000 DM Tabelle 7 4 Spezifische Investitionskosten einer mittelgro en Anlage zur Nahw rme K lteversorgung Da die Arbeit 1994 begonnen und im wesentlichen 2000 abgeschlossen wurde basieren alle wirtschaftlichen Untersuchungen auf der Deutschen Mark DM

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