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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine dezentrale Energieeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung eines Blockheizkraftwerks und eines Flüssiggas-Tanks als dezentrale Energieeinheit nach Anspruch 8.
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Stand der Technik
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Derartige dezentrale Energieeinheiten sind bereits in vielfältiger Form und Ausgestaltung bekannt und gebräuchlich. Im Gegensatz zu einer zentralen Energieversorgung versteht man unter dezentraler Energieversorgung die Energiebereitstellung durch kleinere Anlagen in Verbrauchernähe. Diese Begriffsdefinition hat also eine geografische und eine quantitative Komponente:
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Die dezentralen Energieumwandlungsanlagen stehen unmittelbar dort, wo die Energie gebraucht wird und die Energiebereitstellung erfolgt durch verhältnismässig mehr, dafür aber wesentlich kleinere Anlagen im Vergleich zur zentralen Energieversorgung.
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Hierzu zählt beispielweise die Nutzung von Windenergie in Windkraftanlagen. Die Nutzung kann sowohl zentral, wie z.B. im Fall eines Offshore-Windparks, als auch dezentral geschehen, wie z.B. bei der Onshore-Windenergie. Die Einspeisung solcher Windparks erfolgt entweder ins Mittelspannungsnetz oder ins Hochspannungsnetz (Verteilebene). Offshore-Windparks oder sehr grosse Onshore-Windparks speisen direkt ins Übertragungsnetz ein.
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Die Photovoltaik kann ebenfalls zur dezentralen Energieversorgung gehören. Bei Photovoltaikanlagen wird Energie von Licht (sprich eines Teils der Strahlung der Sonne) mit Hilfe von Solarzellen direkt in elektrische Energie umgewandelt. Oftmals werden beispielsweise die Dächer von Gebäuden als dezentrale Anlagen genutzt, die meist von den jeweiligen Besitzern der Gebäude betrieben werden.
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Selbstverständlich ist auch das Heizen mit Holz seit jeher ein Teil der dezentralen Energieversorgung und gewinnt in Zeiten des Klimaschutzes wieder an Bedeutung. Einzelfeuerstätten, wie z.B. Kaminöfen oder Holzzentralheizungen auf Basis von z.B. Holzpellets oder Hackschnitzel gewinnen an Bedeutung.
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Die Geothermie ist eine weitere Möglichkeit der dezentralen Energieversorgung. Dabei wird die Wäre aus dem Erdreich direkt oder indirekt genutzt.
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Nachteilig hierbei ist, dass diese Anlagen, sei es für Stromerzeugung (Windkraft und Photovoltaik) oder die Wärmeerzeugung (Heizung und Geothermie) nur jeweils eine Energieform erzeugen, entweder Wärme oder Strom. Will der Verbraucher die jeweils andere Energieform nutzen, muss eine zweite Anlage installiert werden. Ausserdem sind die Nutzungsmöglichkeiten der Anlagen begrenzt.
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Hier schaffen Blockheizkraftwerke eine Alternative. Sie können gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen. Hierbei besteht allerdings der Nachteil, dass auch die Verwendung des erzeugten Stroms und der Wärme begrenzt ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine dezentrale Energieeinheit bereitgestellt werden, die eine vielfältige Nutzung von Strom und Wärme ermöglicht und dabei platz- und kostensparend installiert werden kann. Gleichzeitig soll ermöglich werden, andere daran teilhaben zu lassen.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1 und 8.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemässe dezentrale Energieeinheit weist ein Blockheizkraftwerk und einen Flüssiggas-Tank auf. Bei dem Flüssiggas, auch bekannt unter der Bezeichnung LPG (Liquefied Petroleum Gas), handelt es sich bevorzugt um Bio-Flüssiggas, das inzwischen die Zulassung als regenerativer Energieträger innehat.
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Zwischen dem Flüssiggas-Tank und dem Blockheizkraftwerk besteht eine Gaszulieferleitung. Weiterhin besteht zwischen dem BHKW und einem Batteriespeicher eine Stromzulieferleitung. Der Batteriespeicher kann eine Gebäudebatterie und/oder eine Fahrzeugbatterie sein.
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Das Blockheizkraftwerk ist weiterhin mit einem Pufferspeicher für Warmwasser verbunden ist. Der Pufferspeicher wiederum ist mit nicht näher gezeigten Warmwasserabnehmern wärmeabgebend verbunden.
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Zwischen der Gebäudebatterie oder dem Blockheizkraftwerk und der Fahrzeugbatterie kann eine Ladesäule energieübertragend vorhanden sein. Die Ladesäule weist bevorzugt eine Bidirektional-Verbindung von der Fahrzeugbatterie zu der Gebäudebatterie auf.
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Das Flüssiggas aus dem Flüssiggas-Tank wird in dem Blockheizkraftwerk zu Wärmeenergie und Elektroenergie (Strom) umgewandelt. Die Wärmeenergie wird dem Pufferspeicher und/oder über einen Anschluss einem bevorzugt dezentralen Wärmeenergienetz zugeführt. Die Elektroenergie wird der Gebäudebatterie und/oder der Fahrzeugbatterie zugeführt. Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme bezeichnet man als Kraft-Wärme-Kopplung.
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Eine Photovoltaikanlage ist mit der Gebäudebatterie und/oder der Fahrzeugbatterie energieladend verbunden. Selbstverständlich kann die dezentrale Energieeinheit auch ohne eine Photovoltaikanlage verwendet/gebaut werden.
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Ferner kann eine Redundanz in Form beispielsweise einer Gasheizung vorgesehen sein. Diese kann ebenfalls mit dem Flüssiggas aus dem Flüssiggas-Tank versorgt werden und dient als Ausweichmöglichkeit, sollte die durch das Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme nicht ausreichen.
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Wenn die erzeugte Wärme bzw. der erzeugte Strom über den Anschluss einem bevorzugt dezentralen Wärme-Stromenergienetz zugeführt wird, können beispielsweise Nachbarn die Wärme/den Strom nutzen, um ein eigenes Gebäude zu heizen oder Elektrofahrzeug zu laden oder dergleichen. Sie brauchen hierfür kein eigenes Blockheizkraftwerk, sondern lediglich einen Wärmetauscher, der die Wärme umwandelt und/oder eine Ladesäule. Damit muss der überschüssige Strom nicht mehr in ein lokales Netz eingespeist werden, sondern kann quasi in einer Gemeinschaft genutzt werden. Das bedeutet, dass vorzugsweise ein Haushalt ein Blockheizkraftwerk besitzt und im Idealfall ein eigenes Energienetz um sich herum ausgebaut hat, von dem die umliegenden Häuser einen Nutzen tragen. Diese benötigen dann kein eigens Blockheizkraftwerk mehr, sondern zahlen den Strom und die Wärme, den sie verwenden, ohne für Wartung oder dergleichen aufkommen zu müssen.
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Blockheizkraftwerke gibt es in unterschiedlichen Leistungsgrössen. Vorzugsweise werden vorliegend Mini-Blockheizkraftwerke verwendet, die ausreichend Strom erzeugen, um mehrere Häuser damit versorgen zu können. Je nachdem, wie gross das Blockheizkraftwerk gewählt wird, können damit bis zu 60% des jährlichen Strombedarfs gedeckt werden.
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Die Installation eines Blockheizkraftwerkes ist nicht aufwendig. Im Zuge einer Modernisierung lassen sich sogar Rohre und Heizkörper eines eventuell bestehenden Heizsystem weiterhin nutzen. Für viele, die die alten Heizungen ersetzen müssen, ist das Blockheizkraftwerk dadurch eine überlegenswerte Alternative.
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Durch die Verwendung von Flüssiggas erübrigt sich darüber hinaus die Notwendigkeit eines Anschlusses an das Erdgas-Leitungsnetz.
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Ein weiterer Vorteil eins mit Flüssiggas und insbesondere Bio-Flüssiggas betriebenen Blockheizkraftwerks liegt darin, dass bei der Verbrennung des Flüssiggases kaum Russ, Asche oder Feinstaub entsteht. Dadurch wird der Wartungsaufwand reduziert. Ausserdem wird die Umwelt geschont, denn Blockheizkraftwerke erzeugen weniger CO2 als eine getrennte Wärme- und Stromerzeugung und bei der Verbrennung von Flüssiggas entsteht deutlich weniger CO2 als bei Öl, das ebenfalls in Blockheizkraftwerken zum Einsatz kommen kann. Ausseren Umstände wie Sonneneinstrahlung und Aussentemperatur haben bei einem Blockheizkraftwerk, welches mit Flüssiggas betreiben wird, keinen Einfluss auf die Versorgungssicherheit. Im Gegenteil, durch die Möglichkeit der Lagerung des Flüssiggases vor Ort wird die Autarkie gesteigert.
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Blockheizkraftwerke sind mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 % besonders effizient. D.h., die Energie, die in Form eines Energieträgers, wie hier dem Flüssiggas, zugeführt wird, kann nahezu vollständig in Strom und Wärme umgewandelt werden. Weil im Idealfall ein Grossteil des dezentral produzierten Stroms auch vor Ort genutzt wird, entfällt zudem der Transport bzw. der damit einhergehende Stromverlust. Die höhere Effizienz reduziert die CO2-Emissionen um mehr als ein Drittel gegenüber konventionellen Anlagen.
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Demgegenüber geht bei der herkömmlichen Stromproduktion beispielsweise in einem Kohlekraftwerk häufig ein grosser Teil der eingesetzten Energie unmittelbar in Form von Abwärme über einen Kühlturm verloren. Der Stromtransport über längere Strecken macht diesen Ansatz noch ineffizienter.
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Vorliegend ist nun eine dezentrale Energieeinheit geschaffen worden, mittels welcher es möglich ist, eine vielfältige Nutzung von Strom und Wärme zu ermöglichen. Nicht nur die Stromerzeugung für den eigenen Haushalt sowie die Wärmeversorgung für die Heizung und die Warmwasserbereitung wird ermöglicht. Durch den Anschluss an das dezentrale Wärme-Stromenergienetz kann Strom und Wärme diesem dezentralen Wärme-Stromenergienetz zugeführt und damit für umliegende Häuser nutzbar gemacht werden. Wenn gewünscht, kann jeder sein eigenes Gebäude heizen und/oder eigene Ladesäulen für Elektrofahrzeuge aufstellen und über den Anschluss zum Blockheizkraftwerk gespeist werden.
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Weiterhin lassen sich Elektrofahrzeuge aller Art über den Batteriespeicher laden, wobei dies vorzugsweise bidirektional mit oder ohne zusätzliche Ladesäule geschehen kann.
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Dabei ist die dezentrale Energieeinheit gleichzeitig platz- und kostensparend installierbar.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Zeichnung eine schematische Anordnung einer erfindungsgemässen dezentralen Energieeinheit.
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Ausführungsbeispiel
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In der Figur ist eine erfindungsgemässe dezentrale Energieeinheit 1 gezeigt. Die dezentrale Energieeinheit 1 weist ein Blockheizkraftwerk 2 und einen Flüssiggas-Tank 3 auf. Diese sind vorliegend nur beispielhaft in einem gestrichelt dargestellten Gebäude 12 angeordnet. Bei dem Flüssiggas handelt es sich bevorzugt um Bio-Flüssiggas, das inzwischen die Zulassung als regenerativer Energieträger innehat.
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Zwischen dem Flüssiggas-Tank 3 und dem Blockheizkraftwerk 2 besteht eine Gaszulieferleitung 4. Weiterhin besteht zwischen dem BHKW 2 und einem Batteriespeicher 5 eine Stromzulieferleitung 6. Der Batteriespeicher 5 kann eine Gebäudebatterie und/oder eine Fahrzeugbatterie sein.
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Das Blockheizkraftwerk 2 ist weiterhin mit einem Pufferspeicher 7 für Warmwasser verbunden ist. Der Pufferspeicher 7 wiederum ist mit nicht näher gezeigten Warmwasserabnehmern wärmeabgebend verbunden.
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Zwischen der Gebäudebatterie oder dem Blockheizkraftwerk 2 und der Fahrzeugbatterie ist eine Ladesäule 8 energieübertragend vorhanden. Die Ladesäule 8 weist bevorzugt eine Bidirektional-Verbindung von der Fahrzeugbatterie zu der Gebäudebatterie auf.
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Das Flüssiggas aus dem Flüssiggas-Tank 3 wird in dem Blockheizkraftwerk 2 zu Wärmeenergie und Elektroenergie umgewandelt. Die Wärmeenergie wird dem Pufferspeicher 7 und/oder über einen Anschluss 9 einem bevorzugt dezentralen Wärmeenergienetz zugeführt. Die Elektroenergie wird der Gebäudebatterie und/oder der Fahrzeugbatterie zugeführt.
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Eine Photovoltaikanlage 10 kann mit der Gebäudebatterie und/oder der Fahrzeugbatterie energieladend verbunden sein. Selbstverständlich kann die dezentrale Energieeinheit auch ohne eine Photovoltaikanlage verwendet/gebaut werden.
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Ferner kann eine Redundanz 11 in Form beispielsweise einer Gasheizung vorgesehen sein. Diese kann ebenfalls mit dem Flüssiggas aus dem Flüssiggas-Tank 3 versorgt werden und dient als Ausweichmöglichkeit, sollte die durch das Blockheizkraftwerk 2 erzeugte Wärme nicht ausreichen.
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Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
- Ein nicht näher gezeigter Motor des Blockheizkraftwerks 2 wird über das Flüssiggas, dass über die Gaszulieferleitung 4 aus dem Flüssiggas-Tank 3 zum Blockheizkraftwerk 2 geliefert wird, angetrieben. Durch den Verbrennungsvorgang wird ein nicht näher gezeigter Generator zur Stromerzeugung angetrieben. Dabei wird die eingesetzte Energie in Form des Flüssiggases in nutzbare Energie, nämlich Strom und Wärme umgewandelt. Der Generator erzeugt Strom, die Motorwärme kann für Heizzwecke und Warmwasser verwendet werden. Sie wird über einen Wärmetauscher auf eine Flüssigkeit übertragen und in dem Pufferspeicher 7 gesammelt.
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Diese erwärmte Flüssigkeit wird dann zum Heizen und zur Warmwasser-Versorgung genutzt.
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Dem Batteriespeicher 5 wiederum wird über die Stromzulieferleitung 6 der durch das Blockheizkraftwerk 2 erzeugten Strom zugeführt. Von hier aus kann der Strom zu gegebener Zeit der Ladesäule 8 zur Verfügung gestellt werden.
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Die Ladesäule 8 kann beispielsweise zur Ladung von nicht näher gezeigten Elektrofahrzeugen verwendet werden.
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Da der Batteriespeicher 5 Gebäudebatterie und/oder Fahrzeugbatterie sein kann, kann die Ladesäule auch entfallen und der erzeugte Strom direkt in der Fahrzeugbatterie und/oder der Gebäudebatterie gespeichert werden.
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Alternativ kann der erzeugte Strom auch über den Anschluss 9 einem bevorzugt dezentralen Energienetz zugeführt werden. Nun können Nachbarn den Strom nutzen, um beispielsweise ein eigenes Elektrofahrzeug zu laden oder dergleichen. Sie brauchen hierfür kein eigenes Blockheizkraftwerk, sondern lediglich einen Wärmetauscher, der den eingespeisten Strom in Wärme umwandelt.
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Obwohl nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, ist es offensichtlich, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen hinzufügen kann, ohne Wesen und Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- dezentrale Energieeinheit
- 2
- Blockheizkraftwerk
- 3
- Flüssiggas-Tank
- 4
- Gaszulieferleitung
- 5
- Batteriespeicher
- 6
- Stromzulieferleitung
- 7
- Pufferspeicher
- 8
- Ladesäule
- 9
- Anschluss
- 10
- Photovoltaikanlage
- 11
- Redundanz (Gasheizung)
- 12
- Gebäude
