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Kraft-Wärme-Kopplung

Vortrag zum Thema

Nicolas Fischer

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1.) Was ist Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)?

2.) Wie funktioniert KWK?

Thermodynamischer Kreisprozess

Heizkraftwerk

Wärmetauscher

Blockheizkraftwerk

3.) Ist KWK ökonomisch/ökologisch sinnvoll?

Energieeffizienz

Beispielrechnungen

Gliederung

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Motivation für Kraft-Wärme-Kopplung

• CO2-Emmissionen müssen jetzt gesenkt werden

• Erneuerbare Energien decken noch nicht den derzeitigen Strombedarf

• KWK senkt den Brennstoffverbrauch, hoher Wirkungsgrad

• effektive Möglichkeit, den reg. Energien Entwicklungszeit zu verschaffen

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Primärenergieeinsparung

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• Kraft-Wärme-Kopplung ist eine gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme.

•Wo mit fossilen Brennstoffen oder Strom WÄRME erzeugt wird, treten hohe Verluste auf!

• Gekoppelte Erzeugung soll Ressourcen sparen! Dadurch sollen CO2-Emissionen und NOx-Emissionen stark verringert werden.

• Die erreichbare Temperatur muss genutzt werden können und genutzt werden!

Kraft-Wärme-Kopplung

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Thermodynamischer Kreisprozess

1-2: Druckerhöhung des Arbeitsmittels auf im Verdampfer herrschenden Druck

2-3: Erwärmung auf zum Druck gehörende Verdampfungstem-peratur

3-4: Verdampfung

4-5: Überhitzung

5-6: Ein- und Austritt in die Dampfturbinen

6-1: Kondensation des Dampfes

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Thermodynamischer Kreisprozess

Der nach dem Mitteldruckteil MD der Turbine, also vor dem Niederdruckteil ND abgezweigte Dampf strömt in den Heizkondensator Wärme-abgabe an den Fernwärmekreislauf (Temperaturniveau etwa 100°C) Verflüssigung

Brennstoff technisch Kondensation

Brennstoff Kondensation

Brennstoff

Q W Q

Q Q

Q

Elektrischer Wirkungsgrad wird verringert!

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Das Heizkraftwerk

• gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme

• Fernwärmenetz notwendig

• Temperatur hinter der Turbine auf etwa 130 Grad Celsius (Winter) bzw. 70 °C (Sommer) erhöht

• elektrischer Wirkungsgrad wird verringert

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Wärmetauscher

übertragenTemp

max

Q

Q

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Warum Wasser?

• hohe Verfügbarkeit

• große spezifische Wärmekapazität und niedrige kinematische Viskosität

• Turbulente Strömung ermöglicht guten Wärmeaustausch

Reynolds-Zahl:v L v L

Re , wobei Re

l l

Tausch -medium

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Das Blockheizkraftwerk (BHKW)

• modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme • am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben, bzw. speist Nutzwärme in ein Nahwärmenetz ein• zwischen 5 Kilowatt und 5 Megawatt Leistung • dezentrale Stromerzeugung, kein Fernwärmenetz, so gut wie keine thermischen Übertragungsverluste • Preise: 10000 € +++ ohne Wärmespeicher, Installation etc.• kann auch mobil eingesetzt werden• Entnahmetemperatur zwischen 90°C und 100 °C

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BHKW Prinzip

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BHKW Prinzip

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Primärenergieeinsparung

Einsparung

51M 34%

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Energieeffizienz “fern“

• Die KWK hat einen Brennstoffwirkungsgrad zwischen 80% und 95%.

gesamt elektrisch thermisch

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Energieeffizienz “nah“

Die Emissionen von herkömmlich produziertem Strom sind höher als vom BHKW vor Ort produzierten. Hinzu kommt nun die Einsparung gegenüber den Heizkesseln.

Effektive CO2-Senke

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Kleine Beispielrechnung

• „Mini“-BHKW von 5 kW elektrischer Leistung • Ein Erdgas-BHKW spart pro MWh ca. 0,6 t CO2 eingegenüber getrennter Wärme-/Stromerzeugung• 5800 h/a Laufzeit

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P 5800h / a 5kW 29MWh / a

E 29MWh / a 0,6t CO 1/MWh 17,5t / a

CO2-Absorption von 5,7t pro Jahr pro Hektar

Die Wirkung entspricht also gut 3 Hektar Wald

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Kleine Beispielrechnung

Basis KWK NetznutzVergütung P P P

5,11 ct / kWh 6,3 ct / kWh Phelix Day Base (Stand: 10.12.07) 6,2 ct / kWh

• + Energiesteuer, Erdgas 0,55 ct / Kwh, Flüssiggas und Heizöl zwischen 0,20 und 0,61 ct/kwh

•Eigenverbrauch eines Einfamilienhauses = 5000 kWh/a

N 27 MWh / a 5 MWh / a 22 MWh / a

p / kWh 18 ct / kWh

180€ 22MWh(p, x) p x C 400€ 3500€ / a

MWh a

Kosten: Wartung, Überwachung etc.: rund 400 € Gewinn von

3500 € pro Jahr geringe Amortisationszeit des BHKW (ca. 3 Jahre)

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Stromkosten

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Nachteile der KWK

• es werden großteils gasförmige Brennstoffe genutzt unflexibel

• individuelle Anpassung zwingend notwenig, daher großes Know-How vonnöten

• Technologie für erneuerbare Energien ist ebenfalls noch nicht ausgereift

• nicht überall einsetzbar, großteils nicht mobil

• Große Wärmespeicher vonnöten

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Fazit• KWK spart einen großen Teil (rund 30 %) des eingesetzten Brennstoffes ein

• mittelfristig eine gute Lösung, CO2-Emissionen zu verringern

• modulare Anlagen effektiver als Heizkraftwerke

• wird im Moment noch wenig genutzt großes Potenzial

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit

Fragen?

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Quellenwww.bkwk.de Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.

www.wikipedia.de diverse Artikel zu Wärmespeicher, BHKW…

www.eex.de Strombörse

www.stromtip.de Vergütung, Strompreiszusammensetzung

www.bhkw-infozentrum.de/erlaeuter/kwkprinzip.html KWK-Prinzip

www.kraftwerk-bhkw.de/MEPHISTO/nutzen01.htm NOx-Bilanz

www.google.de diverse Bilder zu den einzelnen Themen

www.vattenfall.de Infos zum BHKW / HKW

+ Diverse andere Seiten im Web.