DE10003186A1 - Method and device for generating electricity and heat - Google Patents

Method and device for generating electricity and heat

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DE10003186A1
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Joachim Reich
Hermann W Sommer
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Abstract

The invention relates to a method for operating an installation for combined power/heat generation. The inventive installation comprises a motor (12), a generator (18) and devices (24, 30, 34, 36) for recovering waste heat. The aim of the invention is to make better use of the theoretically possible overall efficiency of the installation (10). To this end, at least a part of the electric energy is stored in an electric accumulator (22) and is converted to a required AD voltage by means of a transformer, and the dissipated heat is stored in a heat accumulator (24). The required total amount of heat and current is determined for a corresponding period and the motor is operated in a foresighted manner using the stored capacities, thereby allowing for a foresighted and efficiency-optimized operation of the installation.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme mit einem Motor, einem von diesem angetriebenen Generator und Mitteln zur Nutzung der Abwärme der Anlage zur Brauchwas­ sererwärmung und zu Heizzwecken. Ferner betrifft die Erfin­ dung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfah­ rens.The invention relates to a method for operating a plant for the combined generation of electricity and heat with a motor, a generator driven by this and Means for using the waste heat from the plant for domestic water water heating and for heating purposes. Furthermore concerns the Erfin a device for performing such a procedure rens.

Die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme wird vor allem bei kleinen bis mittleren Kraftwerken angewendet, wobei die Stromerzeugung im Vordergrund steht und die anfallende Abwär­ me als Fernwärme zum Heizen und zur Brauchwassererwärmung ge­ nutzt wird. Dabei ist von einem stets vorhandenen Überschuß an Wärme auszugehen. Die Lösung ist nicht nur bei größeren Kraftwerken wegen des schwierigen Wärmetransports problema­ tisch, sondern auch bei sehr kleinen Anlagen, die im zwei- bis dreistelligen Kilowattbereich arbeiten, da bei diesen im sog. Inselbetrieb ein oftmals punktueller Bedarf an Wärme bzw. Strom besteht, so daß im Zweifel unnötig Wärme oder Strom produziert wird, mit der entsprechenden Verschlechte­ rung des Gesamtwirkungsgrades.The combined generation of electricity and heat is especially important applied to small to medium-sized power plants, the Power generation is in the foreground and the waste heat me as district heating for heating and domestic water heating is used. It is from an always existing surplus to go out in heat. The solution is not only for larger ones Power plants because of the difficult heat transfer problema table, but also for very small systems that are up to three-digit kilowatt range, because in these So-called island operation, often a selective need for heat or electricity, so that when in doubt heat or unnecessary Electricity is produced with the corresponding deterioration overall efficiency.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das einen effizienteren Betrieb einer Anlage zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme ermöglicht.The object of the invention is to provide a method create a more efficient operation of a plant for combined generation of electricity and heat.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß wenigstens ein Teil der erzeugten elektrischen Energie in einem Batteriespeicher ge­ speichert, die Gleichspannung mit Hilfe eines Umformers in eine bestimmte Wechselspannung umgewandelt und die anfallende Abwärme in einem Wärmespeicher gespeichert und zur Brauchwas­ sererwärmung und -Beheizung herangezogen wird.According to the invention it is provided that at least part of the generated electrical energy in a battery storage ge stores the DC voltage with the help of a converter  a certain AC voltage is converted and the resulting Waste heat is stored in a heat store and used for domestic purposes water heating and heating is used.

Ein solches Verfahren bietet den Vorteil, daß sowohl die Wär­ me als auch die elektrische Energie gepuffert werden können, so daß beispielsweise bei erhöhtem Strombedarf die zwangsläu­ fig anfallende Wärme und umgekehrt bei erhöhtem Wärmebedarf elektrische Energie gespeichert werden kann, so daß zu einem späteren Zeitpunkt ohne erneutes Hochfahren der Anlage auf die gespeicherte Wärme bzw. den gespeicherten Strom zurückge­ griffen werden kann. Der hierdurch ermöglichte Ausgleich zwi­ schen Strom und Wärme erlaubt ein Betreiben der Anlage in wirkungsgradgünstigen Bereichen.Such a method has the advantage that both the heat me as well as the electrical energy can be buffered so that, for example, inevitably with increased power requirements fig accumulating heat and vice versa with increased heat demand electrical energy can be stored, so that at a later on without restarting the system the stored heat or the stored electricity can be gripped. The compensation between two electricity and heat allows the system to be operated in efficiency areas.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens, bei welchem der Gene­ rator ausschließlich Gleichstrom erzeugt, beispielsweise durch Nachschalten eines Gleichrichters besteht darin, daß der Motor und der Generator mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden können, was bei der Erzeugung von Wechsel­ strom aufgrund der konstant zu haltenden Netzfrequenz nicht möglich ist. Auf diese Weise kann der Motor in unterschiedli­ chen Last- und Drehzahlzuständen betrieben und dadurch ent­ sprechend dem Bedarf elektrische Energie in einem bestimmten Verhältnis zur anfallenden Wärmeenergie erzeugt werden. So kann es durchaus vorteilhaft sein, bei geringem Bedarf an elektrischer Energie und hohem Wärmebedarf die Anlage in ei­ nem wirkungsgradungünstigen Bereich zu betreiben, während man bei großem Bedarf an elektrischer Energie bestrebt sein wird, die Bereich des höchsten mechanischen Wirkungsgrades der An­ lage anzufahren. Another advantage of this method, in which the genes rator generates only direct current, for example by connecting a rectifier is that the motor and the generator with different speeds can be operated, what in the generation of bills of exchange current due to the grid frequency to be kept constant is possible. In this way the engine can be used in different ways Chen load and speed conditions operated and thereby ent speaking of the need for electrical energy in a particular Ratio to the heat energy generated. So it can be quite beneficial if you need little electrical energy and high heat requirements operating in a low-efficiency area while if there is a great need for electrical energy, the area of highest mechanical efficiency of the An able to start.  

Eine weitere bevorzugte Variante der Durchführung des Verfah­ rens besteht darin, den Motor je nach Lastanforderung entlang einer bestimmten Kennlinie von Last zu Drehzahl zu betreiben. So kann bei einem insgesamt niedrigeren Bedarf an Strom und Wärme nicht nur die Last, sondern gleichzeitig auch die Dreh­ zahl des Motors reduziert werden, wodurch dieser in einem vom Wirkungsgrad günstiger liegenden Bereich betrieben werden kann, so daß möglichst wenig Abwärme entsteht, wenn diese nicht oder nur begrenzt verwendet werden kann.Another preferred variant of carrying out the procedure rens consists of running the motor along depending on the load requirement operate a certain characteristic from load to speed. So with an overall lower need for electricity and Not only warm the load, but also the rotation at the same time number of the engine can be reduced, so that this in one from Efficiency range more conveniently operated can, so that as little waste heat as possible if this cannot be used or can only be used to a limited extent.

Eine Optimierung des Gesamtwirkungsgrades läßt sich durch ei­ ne vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens erreichen, wobei der mittlere Bedarf an Strom und Wärme als Kollektiv über einen bestimmten Zeitraum in Abhängigkeit von der Tageszeit ermittelt und der Motor im Tagesverlauf entsprechend betrieben wird, um unter Zuhilfenahme der Spei­ cherkapazitäten von Strom und Wärme den Gesamtbedarf an Strom und Wärme mit minimalen Energieeinsatz zu decken. Mit Hilfe der Erfassung des Gesamtbedarfes an Strom und Wärme läßt sich die Anlage vorausschauend betreiben, wobei als Beispiel der Bedarf an Strom und Wärme eines Hotels zu nennen ist, wo in den Morgenstunden ein sehr hoher Bedarf an Wärme besteht, während im übrigen Tagesablauf der Bedarf an elektrischer Energie im Vordergrund steht.An optimization of the overall efficiency can be done by ei ne advantageous embodiment of the inventive method rens reach, the average need for electricity and heat as a collective dependent over a period of time determined by the time of day and the engine during the day is operated accordingly with the help of the Spei capacity of electricity and heat the total demand for electricity and to cover heat with minimal energy consumption. With help the total demand for electricity and heat can be recorded operate the system with foresight, using as an example the A hotel's need for electricity and heat is where in there is a very high demand for heat in the morning hours, during the rest of the day the need for electrical The focus is on energy.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens können darin bestehen, daß der Anteil vom Generator erzeugter elektrischer Energie an dem gesamten momentanen elektrischen Energiebedarf in Ab­ hängigkeit vom überwachten Ladezustand der Batterien gewählt wird, daß bei geringem elektrischem Energiebedarf dieser be­ vorzugt aus dem Speicher gedeckt wird und/oder daß bei zunehmendem Energiebedarf und/oder bei fortschreitender Entladung des elektrischen Speichers der Generator zugeschaltet wird. Außerdem kann im Bedarfsfall mit Hilfe einer elektrischen Heizpatrone überschüssige elektrische Energie in Wärme umge­ wandelt werden.Further refinements of the method can consist in that the proportion of electrical energy generated by the generator of the total current electrical energy requirement in Ab depending on the monitored state of charge of the batteries will be that with low electrical energy consumption this is preferably covered from memory and / or that with increasing  Energy requirements and / or as the discharge progresses of the electrical storage the generator is switched on. In addition, if necessary, with the help of an electrical Cartridge excess electrical energy converted into heat be changed.

Die Grenzen des Wirkungsgrades der Anlage werden bei Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch bestimmt, daß die zur Deckung des Bedarfes an elektrischer Energie zwangs­ läufig anfallende Wärme nicht mehr genutzt werden kann. Umge­ kehrt ist durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie oder eventuell eine Abgabe überschüssiger elek­ trischer Energie an ein Versorgernetz keine wesentliche Ein­ schränkung des Wirkungsgrades zu befürchten, da die Gesamt­ energiebilanz einer derartigen Anlage bei sorgfältiger Aus­ nutzung der Abwärme durchaus im Bereich einer Brennwerthei­ zanlage liegen kann. Besteht folglich ein grundsätzlich sehr hoher Bedarf an Wärme, kann ein sehr guter Gesamtwirkungsgrad der Anlage auch mit einem im Wirkungsgrad eher ungünstigen Motor erreicht werden, während bei einem eher geringen Wärme­ bedarf ein im Wirkungsgrad möglichst optimierter Motor, wie z. B. ein aufgeladener Dieselmotor mit Direkteinstritzung, Verwendung finden sollte, um elektrische Energie mit mög­ lichst geringer Abwärme erzeugen zu können. Eine Verlagerung hin zur stärkeren Wärmeerzeugung läßt sich dann immer noch durch Betreiben des Motors in Lastzuständen erreichen, in welchen er einen schlechteren Wirkungsgrad aufweist, oder durch die zuvor genannte Möglichkeit der Umwandlung elektri­ scher Energie in Wärme.The limits of the efficiency of the system are at extension of the method according to the invention is determined in that which compelled to cover the need for electrical energy heat that is frequently generated can no longer be used. Vice is by converting electrical energy into Thermal energy or possibly a release of excess elec trical energy to a supply network is no essential input fear of limiting efficiency as the total Energy balance of such a system with careful shutdown use of the waste heat in the area of a condensing boiler z plant can lie. There is therefore a very basic one high heat demand, can be a very good overall efficiency the system also with a rather unfavorable efficiency Engine can be reached while at a rather low heat requires an engine that is optimized in terms of efficiency, such as e.g. B. a supercharged diesel engine with direct injection, Should be used to generate electrical energy with poss to be able to generate as little waste heat as possible. A relocation towards more heat generation can still be done by operating the engine in load conditions, in which it has a poorer efficiency, or by the aforementioned possibility of converting electri sher energy in heat.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrich­ tung zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Erfindungsgemäß ist eine Anlage mit einem Mo­ tor, einem von diesem angetriebenen Generator und einem Wär­ mespeicher vorgesehen, der die anfallende Abwärme zur Brauch­ wassererwärmung und für Heizzwecke speichert, wobei ein Gleichstromgenerator als Generator einen elektrischen Spei­ cher auflädt, der über einen Wechselrichter den auf Netzspan­ nung und Netzfrequenz gebrachten Wechselstrom in ein Strom­ netz abgibt.The present invention also relates to a Vorrich device for performing the previously described invention  Procedure. According to the invention, a system with a Mo gate, a generator driven by this and a heat Mespeicher provided that the waste heat to be used water heating and for heating purposes, being a DC generator as a generator an electrical storage recharges the on the grid voltage via an inverter voltage and mains frequency brought alternating current into a current network.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als sog. Insellösung unabhängig von den großen Stromversorgernetzen arbeiten, wo­ bei allerdings wegen der fehlenden Puffermöglichkeit von Spannungsspitzen durch das Stromnetz in der Anlage entspre­ chende Vorkehrungen beispielsweise im Bereich des Wechsel­ richters vorzusehen sind, die Spannungsspitzen beim Einschal­ ten und Ausschalten des Generators oder Trennen der Last ab­ bauen. Eine solche Anlage läßt sich auch bei zeitlich ver­ setztem Maximalbedarf an Wärme bzw. Strom in wirkungsgradgün­ stigen Bereichen betreiben.The device according to the invention can be used as a so-called island solution work regardless of the large power grid where but due to the lack of a buffer option of Corresponds to voltage peaks through the power grid in the system appropriate precautions, for example in the area of change are to be provided for the voltage peaks when switching on and switching off the generator or disconnecting the load to build. Such a system can also be temporally ver set maximum demand for heat or electricity in efficiency operating areas.

Vorzugsweise ermöglicht eine Steuerelektronik das Betreiben des Motors in unterschiedlichen Last- und Drehzahlzahlständen in Abhängigkeit vom momentanen Bedarf an Wärme und Strom, dem Ladezustand der Speicher und/oder entsprechend einem ermit­ telten Bedarfskollektiv an Strom und Wärme über einen länge­ ren Zeitraum. Das in einem Speicher hinterlegte Bedarfskol­ lektiv kann bei der Errichtung der Anlage ermittelt und einem Speicher hinterlegt werden, vorzugsweise wird jedoch der Be­ darf durch eine geeignete Sensorik fortlaufend ermittelt, um bei Änderung des Nutzerverhaltens reagieren zu können. Control electronics preferably enable operation of the engine in different load and speed figures depending on the current demand for heat and electricity, the State of charge of the memory and / or according to one collectively demand for electricity and heat over a long period period. The requirement col stored in a memory lective can be determined during the construction of the system and one Storage can be stored, but preferably the Be may be continuously determined using suitable sensors to to be able to react to changes in user behavior.  

Als Wärmespeicher dient vorzugsweise ein Brauchwasservorrat mit einem integrierten Wärmetauscher zur Erwärmung von Heizwasser. Diese Variante ist einfach und kostengünstig, da ein Brauchwasservorrat ohnehin benötigt wird und Wasser auch sehr günstige Eigenschaften zur Speicherung von Wärme be­ sitzt. Denkbar ist auch der Einsatz von Wärmespeichern mit anderen Medien, beispielsweise mit sich ändernden Aggregatzu­ ständen, wobei allerdings die Wärme dann noch auf das Brauch­ wasser und das Heizwasser übertragen werden muß.A hot water supply is preferably used as the heat store with an integrated heat exchanger for heating Heating water. This variant is simple and inexpensive because a hot water supply is needed anyway and water too very favorable properties for storing heat sits. The use of heat storage is also conceivable other media, for example with changing aggregates stand, although the warmth then still on the custom water and the heating water must be transferred.

Als elektrischer Speicher finden bevorzugt Batteriespeicher mit zentrierter Erdung Verwendung, um eine möglichst hohe Gleichspannung und entsprechend niedrigere Ströme zu errei­ chen.Battery stores are preferably used as the electrical store with centered grounding use to get the highest possible To achieve DC voltage and correspondingly lower currents chen.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:Below is based on the accompanying drawings received an embodiment of the invention. Show it:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anlage zur kom­ binierten Erzeugung von Wärme und Strom; Fig. 1 is a block diagram of a plant for combined generation of heat and electricity;

Fig. 2 ein Diagramm der Betriebskennlinie des Motors der Anlage nach Fig. 1. Fig. 2 is a diagram of the operating characteristic of the motor of the system of FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine Anlage 10 zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme als Blockdiagramm dargestellt. Als Primär­ wandler ist ein Dieselmotor 12 vorgesehen, der über einen Vorratstank 14 mit Brennstoff versorgt wird. Der Vorteil ei­ nes Dieselmotors 12 besteht in seinem hohen mechanischen Wir­ kungsgrad, seiner guten Verfügbarkeit und der Möglichkeit, ihn mit dem verbreiteten leichten Heizöl betreiben zu können. In Fig. 1, a system 10 for the combined generation of electricity and heat is shown as a block diagram. As a primary converter, a diesel engine 12 is provided, which is supplied with fuel via a storage tank 14 . The advantage of a diesel engine 12 is its high mechanical efficiency, its good availability and the ability to operate it with the popular light heating oil.

Auch der Einsatz weiterer Primärenergieträger, wie z. B. Bio­ diesel oder Erdgas ist denkbar.The use of other primary energy sources, such as. B. Bio diesel or natural gas is conceivable.

Der Dieselmotor 12, der über einen Ansaugkanal 16 Luft an­ saugt, treibt einen Generator 18 an, der als permanentmagne­ terregter, selbsterregender Synchrongenerator ausgeführt ist, wobei zur Erzeugung von Gleichstrom ein Brückengleichrichter (nicht näher gezeigt) vorgesehen ist. Der Dieselmotor 12 ist gekapselt ausgeführt, um einerseits die Geräuschemision zu senken und andererseits für eine möglichst geringe Wärmeabga­ be nach außen zu sorgen.The diesel engine 12 , which sucks air through an intake duct 16 , drives a generator 18 , which is designed as a permanently magnetically excited, self-exciting synchronous generator, a bridge rectifier (not shown in more detail) being provided for generating direct current. The diesel engine 12 is encapsulated, on the one hand to reduce noise emissions and on the other hand to ensure the lowest possible heat dissipation to the outside.

Der Gleichrichter ist unmittelbar in dem Generator 18 ange­ ordnet und mit einer Schalteinheit 20 verbunden. Ein elektro­ chemischer Speicher 22, der aus sechs zentriert geerdeten, herkömmlichen Fahrzeugbatterien besteht, ist zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen. Der Ladezustand der Batteri­ en wird überwacht, um unterschiedliche Lade-/Entladezustände zu vermeiden, wobei zur Vermeidung von Vollzyklen eine Lade­ spielsteuerung mit Lastmagnet vorgesehen ist.The rectifier is arranged directly in the generator 18 and connected to a switching unit 20 . An electrochemical storage 22 , which consists of six centered, conventional vehicle batteries, is provided for storing electrical energy. The state of charge of the batteries is monitored in order to avoid different charge / discharge states, with charge play control with a load magnet being provided to avoid full cycles.

Die Schalteinheit 20 verfügt ferner über einen rekuperativen Dreiphasenwechselrichter, der die 72 Volt Gleichstrom in 55 Volt Wechselstrom mit 150 Ampere umformt, wobei eine quarzge­ regelte Spannungskonstanthaltung einschließlich exakter Nach­ bildung des örtlichen Netz-Sinus (EVU) mit Scheitelabflachung vorgesehen ist. Die Welligkeitskontrolle erfolgt im Millise­ kundentakt einschließlich automatischer Nachregelung.The switching unit 20 also has a recuperative three-phase inverter, which converts the 72 volts direct current into 55 volts alternating current with 150 amperes, with a quartz controlled voltage constant maintenance including exact replication of the local grid sine (EVU) with peak flattening is provided. The ripple control takes place every millise, including automatic readjustment.

Ein ebenfalls in der Schalteinheit 20 vorgesehener Dreipha­ sentransformator in Z-Schaltung transformiert die 55 Volt Ausgangsspannung des Wechselrichters auf 230 Volt und 400 Volt für einphasige bzw. dreiphasige Lasten. Die Z-Schaltung gewährleistet eine gleichwertige Stabilität des Inselnetzes 23 auch gegenüber Versorgernetzen bei einphasiger Schieflast.A three-phase transformer in Z-circuit also provided in the switching unit 20 transforms the 55 volt output voltage of the inverter to 230 volts and 400 volts for single-phase and three-phase loads. The Z circuit ensures an equivalent stability of the island network 23 even with respect to supply networks with a single-phase unbalanced load.

Neben der Erzeugung von elektrischer Energie ist die Anlage 10 auch zur Deckung des in einem Gebäude bestehenden Bedarfes an Wärme geeignet. Hierzu sind ein oder mehrere Wärmetauscher in der Anlage 10 vorgesehen, die zur Erwärmung eines Brauch­ wasservorrates 24 dienen, der über ein Brauchwassereinlaß 26 und einen Brauchwasserauslaß 28 verfügt. In dem Brauchwasser­ vorrat 24 ist ein Heizungswärmetauscher 30 vorgesehen, der in den Umlauf 32 einer Heizanlage eingebunden ist und für eine Erwärmung des Heizwassers sorgt. Beispielhaft für die Wärme­ gewinnung sind ein Kühlwasserwärmetauscher 34, der dem zur Kühlung des Dieselmotors 12 und des Generators 18 dienenden Kühlwassers, das in einem Kühlwasserkreislauf 35 zirkuliert, die Wärme entzieht und sie an den Brauchwasservorrat 24 ab­ gibt, und ein Abgaswärmetauscher 36 vorgesehen, der dem Abgas des Dieselmotors möglichst viel Wärme entzieht und diese ebenfalls an den Brauchwasservorrat 24 abgibt. Weitere Wärme­ tauscher zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades können an Stellen der Anlage 10 vorgesehen sein, an denen weitere Ab­ wärme entsteht, beispielsweise im Bereich des Wechselrichters und/oder des Transformators in der Schalteinheit 20.In addition to the generation of electrical energy, the system 10 is also suitable for covering the heat requirement existing in a building. For this purpose, one or more heat exchangers are provided in the system 10 , which are used to heat a domestic water supply 24 which has a domestic water inlet 26 and a domestic water outlet 28 . In the hot water supply 24 , a heating heat exchanger 30 is provided, which is integrated in the circulation 32 of a heating system and ensures heating of the heating water. Examples of heat recovery are a cooling water heat exchanger 34 , which serves to cool the diesel engine 12 and the generator 18 cooling water, which circulates in a cooling water circuit 35 , removes the heat and gives it off to the domestic water supply 24 , and an exhaust gas heat exchanger 36 is provided Extracts as much heat as possible from the exhaust gas of the diesel engine and also releases it to the service water supply 24 . Additional heat exchangers to improve the overall efficiency can be provided at points in the system 10 where additional heat is generated, for example in the area of the inverter and / or the transformer in the switching unit 20 .

Ein Keramik-Abgaskondensator 38, eventuell in Kombination mit dem Abgaswärmetauscher 36, dient zur Kühlung und Reinigung der Abgase auf ca. 30-40°C, wobei auskondensiertes Wasser CO, CO2, NOX, SOX, Öl und Ruß auslöst bzw. -wäscht und das saure Kondensat anschließt über Aktivkohle und Dolomitfilter neutralisiert und gereinigt wird. Die handwarme, saubere Ab­ luft wird über Kunststoff-Abluftrohre 40 ins Freie geleitet, so daß kein Kamin notwendig ist. Da die Kondensationswärme ebenfalls genutzt wird, läuft die Anlage 10 als Brennwertge­ rät.A ceramic exhaust gas condenser 38 , possibly in combination with the exhaust gas heat exchanger 36 , serves to cool and purify the exhaust gases to approximately 30-40 ° C., with condensed water triggering CO, CO 2 , NO X , SO X , oil and soot. -washed and the acidic condensate is then neutralized and cleaned over activated carbon and dolomite filter. The lukewarm, clean air is passed through plastic exhaust pipes 40 to the outside, so that no fireplace is necessary. Since the heat of condensation is also used, the system 10 runs as a condensing boiler.

Mit Hilfe des als Wärmespeicher dienenden Brauchwasservorrats 24 und des elektrochemischen Speichers 22 ermöglicht die An­ lage eine bessere Anpassung des Betriebs des Dieselmotors 12 an verschiedene Bedarfszustände. So kann bei einem momentan erhöhten Wärmebedarf Strom auf Vorrat produziert werden, der später ohne erneutes Betreiben des Dieselmotors 12 entnommen werden kann. Hierdurch ergeben sich beträchtliche Einsparpo­ tentiale.With the help of the hot water storage tank 24 and the electrochemical storage 22 , the system enables a better adjustment of the operation of the diesel engine 12 to different requirements. In the event of a currently increased heat requirement, electricity can be produced in reserve, which can later be removed without operating the diesel engine 12 again. This results in considerable savings potential.

Dank der Erzeugung einer Gleichspannung ist es auch möglich, den Generator 18 mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betrei­ ben, während bei bisherigen Anlagen mit Rücksicht auf die Netzfrequenz eine konstante Generatordrehzahl eingehalten werden mußte, wodurch der Antriebsmotor in zum Teil sehr un­ günstigen Lastzuständen betrieben werden mußte, beispielswei­ se nahezu ohne Last bei Nenndrehzahl. Bei der abgebildeten Anlage wird der Dieselmotor 12 je nach Lastanforderung ent­ lang einer in Fig. 2 gezeigten normierten Kennlinie, die eine Funktion der Last über die Drehzahl darstellt, betrieben, d. h. bei sich verringernder Lastanforderung wird gleichzeitig auch die Drehzahl des Dieselmotors 12 gesenkt, wodurch das Anfahren im Wirkungsgrad günstiger liegender Kennfeldbereiche des Dieselmotors 12 möglich ist. Ziel dieser Maßnahme ist es, den Dieselmotor 12 immer im Bereich eines möglichst hohen me­ chanischen Wirkungsgrades zu betreiben, um mit möglichst ge­ ringer Abwärme Strom zu erzeugen. Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage 10, der sich aus dem Verhältnis von erzeugter Wärme und elektrischer Energie im Verhältnis zum Brennwert des eingesetzten Primärenergieträgers bestimmt, reduziert sich näm­ lich erst dann in wesentlichem Ausmaß, wenn bei einem be­ stimmten Bedarf an elektrischer Energie die zwangsläufig ent­ stehende Abwärme nicht mehr sinnvoll genutzt werden kann und beispielsweise mit Hilfe eines Wärmetauschers an die Umgebung abgegeben werden muß, um eine Überhitzung der Anlage 10 zu vermeiden. Andererseits läßt sich bei einem bestimmten Wärme­ bedarf erzeugte elektrische Energie problemlos, beispielswei­ se mit Hilfe einer Heizpatrone in dem Brauchwasservorrat 24, in Wärme umwandeln oder an ein Versorgernetz abgeben, so daß eine Überschußproduktion an Strom im Gegensatz zu einer Über­ schußproduktion von Wärme als für den Gesamtwirkungsgrad un­ schädlich anzusehen ist.Thanks to the generation of a DC voltage, it is also possible to operate the generator 18 at different speeds, whereas in previous systems a constant generator speed had to be maintained with regard to the mains frequency, as a result of which the drive motor had to be operated in sometimes very unfavorable load states, for example, almost no load at nominal speed. In the system shown, the diesel engine 12 is operated depending on the load requirement along a normalized characteristic curve shown in FIG. 2, which represents a function of the load over the speed, that is, with a decreasing load requirement, the speed of the diesel engine 12 is simultaneously reduced, thereby It is possible to start the map areas of the diesel engine 12 which are more efficient. The aim of this measure is to always operate the diesel engine 12 in the region of the highest possible mechanical efficiency in order to generate electricity with the lowest possible waste heat. The overall efficiency of the system 10 , which is determined from the ratio of heat and electrical energy generated in relation to the calorific value of the primary energy source used, is only reduced to a significant extent if the waste heat inevitably arises with a certain need for electrical energy can no longer be used sensibly and must be released to the environment, for example with the aid of a heat exchanger, in order to avoid overheating of the system 10 . On the other hand, with a certain amount of heat generated electrical energy can be easily converted, for example with the help of a heating cartridge in the hot water supply 24 , into heat or transferred to a supply network, so that an excess production of electricity as opposed to excess production of heat than for the Overall efficiency is not harmful.

Um einen optimalen Betrieb der Anlage 10 zu ermöglichen, ist der Gesamtbedarf eines Gebäudes an Wärme und Strom in Abhän­ gigkeit von der Tageszeit als mittlerer Wert in einer Steuer­ elektronik (nicht gezeigt) hinterlegt, wobei diese Anforde­ rungsprofile beim Betreiben des Dieselmotors 12 berücksich­ tigt werden. Hierdurch ist es möglich, überraschende Be­ triebszustände zu vermeiden, wobei aus Sicht des Gesamtwir­ kungsgrades der kritischste Zustand ein leerer elektrochemi­ scher Speicher 22 bei hohem Bedarf an elektrischer Energie und maximal erwärmtem Brauchwasservorrat 24 ohne momentanem Bedarf an Wärme darstellt. Die Regelung nimmt auch Einfluß darauf, inwieweit der momentane elektrische Bedarf unmittel­ bar aus erzeugtem Generatorstrom oder aus dem elektrochemi­ schen Speicher 22 gedeckt wird, um einerseits einer Tiefent­ ladung der Batterien vorzubeugen und andererseits bei gefüll­ ten Batterien und relativ kleinem elektrischen Bedarf unter Umständen vollständig auf den Betrieb des Dieselmotors 12 verzichten zu können. So ist es beispielsweise denkbar, den Dieselmotor 12 nur in den Morgen- und Abendstunden zur Dec­ kung des dann erhöhten Bedarfs an Wärme zu betreiben, und im Tagesverlauf bei ausgeschaltetem Dieselmotor 12 den geringen elektrischen Bedarf ausschließlich aus den Batterien 22 zu decken.In order to enable optimal operation of the system 10 , the total requirement of a building for heat and electricity as a function of the time of day is stored as an average value in a control electronics (not shown), these requirement profiles being taken into account when operating the diesel engine 12 . This makes it possible to avoid surprising operating conditions, the most critical state being an empty electrochemical storage 22 when there is a high demand for electrical energy and a maximum heated domestic water supply 24 without a current need for heat from the point of view of the overall efficiency. The regulation also influences the extent to which the current electrical demand is covered directly from generated generator current or from the electrochemical storage 22 , in order to prevent deep discharge of the batteries on the one hand and, on the other hand, in the case of filled batteries and relatively small electrical requirements under certain circumstances completely to be able to dispense with the operation of the diesel engine 12 . So it is conceivable, for example, to operate the diesel engine 12 only in the morning and evening hours to Dec kung the then increased need for heat, and during the day with the diesel engine 12 switched off to cover the low electrical demand exclusively from the batteries 22 .

Selbstverständlich ist es möglich, die zuvor beschriebene An­ lage 10 durch Solarelemente oder auch eine Windenergieanlage zur zusätzlichen Stromerzeugung zu ergänzen, um den Einsatz von Primärenergie weiter reduzieren zu können.Of course, it is possible to supplement the system 10 described above with solar elements or a wind turbine for additional power generation in order to further reduce the use of primary energy.

Die Anlage 10 kann ferner mit einer Fernüberwachung versehen sein, die eine Fernwirkmöglichkeit einschließt. Elektronische Wärme- und Stromzähler können zu Abrechnungszwecken genutzt werden, aber auch zur stetigen Ermittlung des Bedarfsprofils an Wärme und Strom, um ggf. das Betreiben des Dieselmotors 12 den geänderten Anforderungen anpassen zu können.The system 10 can also be provided with remote monitoring, which includes a remote control option. Electronic heat and electricity meters can be used for billing purposes, but also for the continuous determination of the demand profile for heat and electricity, in order to be able to adapt the operation of the diesel engine 12 to the changed requirements, if necessary.

Eine elektronische Treibstoffverbrauchsmessung, die wegen des Dieselrücklaufs mit einer Differenzmeßkammer erfolgen muß, kann ebenso vorgesehen sein, wie eine elektronische Füll­ standskontrolle des Treibstofftanks, wiederum mit der Option einer Fernüberwachung, so daß sämtliche Wartungs- und Überwa­ chungstätigkeit, z. B. über das Internet, durch den Dienst­ leister erfolgen können und der Nutzer von Wartungsaufgaben weitestgehend entlastet wird.An electronic fuel consumption measurement, which is due to the Diesel return must take place with a differential measuring chamber can also be provided, such as an electronic filling Check the level of the fuel tank, again with the option remote monitoring, so that all maintenance and supervision activity, e.g. B. on the Internet, through the service can be done and the user of maintenance tasks is largely relieved.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur kombinierten Er­ zeugung von Strom und Wärme mit einem Motor (12), einem von diesem angetriebenen Generator (18) und Mitteln (24, 30, 34, 36) zur Nutzung der Abwärme der Anlage (10) zur Brauchwassererwärmung und zu Heizzwecken, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Teil der erzeugten elektri­ schen Energie in einem Batteriespeicher (22) gespeichert, die Gleichspannung mit Hilfe eines Umformers in eine be­ stimmte Wechselspannung umgewandelt und die anfallende Abwärme in einem Wärmespeicher (24) gespeichert und zur Brauchwassererwärmung und Beheizung in einem Gebäude her­ angezogen wird.1. A method for operating a plant for the combined generation of electricity and heat with a motor ( 12 ), a generator ( 18 ) driven by the latter and means ( 24 , 30 , 34 , 36 ) for utilizing the waste heat of the plant ( 10 ) for domestic water heating and heating purposes, characterized in that at least some of the electrical energy generated is stored in a battery storage device ( 22 ), the DC voltage is converted into a specific AC voltage using a converter and the waste heat is stored in a heat accumulator ( 24 ) and is attracted to domestic water heating and heating in a building. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) in unterschiedlichen Last- und Drehzahlzu­ ständen betrieben und dadurch entsprechend dem Bedarf elektrische Energie in einem bestimmten Verhältnis zur anfallenden Wärmeenergie erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the motor ( 12 ) operated in different load and speed conditions and thereby electrical energy is generated in a certain ratio to the thermal energy generated according to the need. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) je nach Lastanforderung entlang einer be­ stimmten Kennlinie von Last zu Drehzahl betrieben wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the motor ( 12 ) is operated depending on the load requirement along a certain characteristic curve from load to speed. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bedarf an Strom und Wärme als Kollektiv über einen bestimmten Zeitraum in Abhängigkeit von der Tageszeit ermittelt und der Motor im Tagesverlauf ent­ sprechend betrieben wird, um unter Zuhilfenahme der Speicherkapazitäten von Strom und Wärme deren Gesamtbedarf mit minimalem Energieeinsatz zu decken.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the average need for electricity and heat as a collective over a period of time depending on the Determines the time of day and the engine during the day is operated speaking with the help of storage capacity  of electricity and heat their total needs to cover with minimal energy consumption. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anteil vom Generator (18) erzeugter elektrische Energie an dem gesamten momentanen elektrischen Energiebedarf in Abhängigkeit von dem über­ wachten Ladezustand des Batteriespeichers (22) gewählt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the proportion of electrical energy generated by the generator ( 18 ) in the total instantaneous electrical energy requirement is selected as a function of the monitored state of charge of the battery storage device ( 22 ). 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei geringem elektrischen Ener­ giebedarf dieser bevorzugt aus dem Speicher (22) gedeckt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at low electrical energy demand this is preferably covered from the memory ( 22 ). 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei zunehmendem elektrischem Energiebedarf und/oder bei fortschreitender Entladung des elektrischen Speichers (22) der Generator (18) zugeschal­ tet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the generator ( 18 ) is switched on with increasing electrical energy requirement and / or with progressive discharge of the electrical store ( 22 ). 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer elektrischen Heizpatrone im Bedarfsfall überschüssige elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird.8. The method according to any one of the preceding claims characterized in that with the help of an electrical Heating cartridge, if necessary, excess electrical Energy is converted into heat. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß überschüssige elektrische Ener­ gie in ein Versorgerstromnetz abgegeben wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that excess electrical energy is fed into a utility grid.   10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Brauchwasservorrat (24) als Wärmespeicher erwärmt wird und eine Heizanlage über einen Heizwärmetauscher (30) in dem Brauchwasservorrat (24) mit Wärme versorgt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a hot water supply ( 24 ) is heated as a heat store and a heating system is supplied with heat via a heating heat exchanger ( 30 ) in the hot water supply ( 24 ). 11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Motor (12), einem von diesem angetriebenen Generator (18) und einem Wärme­ speicher (24), der die anfallende Abwärme zur Brauchwas­ sererwärmung und für Heizzwecke speichert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gleichstrom, welchen der Generator (18) erzeugt, einen elektrischen Speicher (22) auflädt, der über einen Wechselrichter/Transformator den auf Netz­ spannung und Netzfrequenz gebrachten Wechselstrom an ein Stromnetz abgibt.11. A device for performing a method according to any one of the preceding claims with a motor ( 12 ), a generator driven by this ( 18 ) and a heat store ( 24 ), the accumulating waste heat for Brauchwas water heating and for heating purposes, characterized by That the direct current, which the generator ( 18 ) generates, charges an electrical memory ( 22 ) which, via an inverter / transformer, delivers the alternating current brought to the mains voltage and mains frequency to a mains. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektronik vorgesehen ist, die den Motor in unterschiedlichen Last- und Drehzahlzuständen betreibt.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that a control electronics is provided which in the engine operates different load and speed conditions. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik den Motor (12) entsprechend dem mo­ mentanen Bedarf an Wärme und Strom, dem Ladezustand des Batteriespeichers (22) und/oder entsprechend einem ermit­ telten Bedarfskollektiv an Strom und Wärme über einen längeren Zeitraum in variablen Last- und Drehzahlzustän­ den betreibt. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control electronics, the motor ( 12 ) according to the momentary demand for heat and electricity, the state of charge of the battery storage ( 22 ) and / or in accordance with a determined collective demand for electricity and heat over a longer period Operates period in variable load and speed conditions. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeicher ein Brauchwasser­ vorrat (24) mit einem integrierten Wärmetauscher (30) zur Erwärmung von Heizwasser vorgesehen ist.14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that a hot water supply ( 24 ) with an integrated heat exchanger ( 30 ) for heating heating water is provided as the heat store. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Motor ein Dieselmotor (12), vor­ zugsweise ein direkteinspritzender, aufgeladener Diesel­ motor vorgesehen ist.15. The device according to one of claims 11 to 14, characterized in that a diesel engine ( 12 ), preferably a direct-injection, charged diesel engine is provided as the engine. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizpatrone in dem Brauchwasser­ vorrat (24) und/oder ein Anschluß an ein externes Versor­ gerstromnetz zur Umwandlung bzw. Abgabe überschüssig er­ zeugter elektrischer Energie vorgesehen ist.16. The device according to one of claims 11 to 15, characterized in that a heating cartridge in the hot water supply ( 24 ) and / or a connection to an external supply gerstromnetz for converting or dispensing excess electrical energy is provided. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriespeicher (22) über eine zentrierte Erdung verfügt und vorzugsweise aus sechs 12 Volt-Fahrzeugbatterien besteht.17. Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the battery storage ( 22 ) has a centered ground and preferably consists of six 12 volt vehicle batteries.
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