2 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Die GWE – Familienunternehmen mit Fokus KWK
Die GWE ist…
ein spezialisierter Generalplaner für Energieanlagen auf Basis der
Kraft-Wärme-Kopplung unter Zugrundelegung des Gedanken der
bedarfsgerechten und dezentralen Energieerzeugung
ein durch zwei Generationen geführtes Familienunternehmen
Ansprechpartner für Kunden aus Industrie und Gewerbe
Entwickler von maßgeschneiderten Lösungen für kostengünstige und
umweltfreundliche Energieerzeugung, -verteilung und –verwendung
Die GWE bietet…
Unabhängige, herstellerneutrale und individuelle Planungslösung
Transparente Energieströme durch Messen und Kontrollieren
Einführung von Energiemanagementsysteme und -audits
Verbesserung der Energieverteilung und –nutzung zur Reduzierung des
Energieverbrauchs
3 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Was ist Kraft-Wärme-Kopplung? –
aktuelles KWKG
Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter
Energie in elektrische Energie und in Nutzwärme
Wesentliche KWK-Anlagen sind:
Dampfturbinen-Anlagen,
Gasturbinen-Anlagen,
Verbrennungsmotoren-Anlagen
Wesentliche Brennstoffe, Energiequellen:
Kohle,
Abfall,
gasförmige oder flüssige Brennstoffen,
Abwärme
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK): Umwandlung von Nutzwärme aus KWK in
Nutzkälte durch thermisch angetriebene Kältemaschinen (Wärmeverbraucher).
technische Energieeffizienzerhöhung
4 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Kaufmännische Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung II „Wertstoff“ Strom - Zusammensetzung 2014
*Erneuerbare-Energien-Gesetz
**Stromnetzentgeltverordnung
***Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz
[WERT] %
[WERT] %
[WERT] %
Strombestandteile
Arbeitspreis
Steuern, Abgaben, Umlagen
Netznutzung
5 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Kaufmännische Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung II Staatliche Förderung und Energiesteuerbefreiung
Staatliche Förderung der dezentralen Energieerzeugung (KWKG)
Förderung über 30.000 Vollbenutzungsstunden für den in Kraft-Wärme-Kopplung
erzeugten Strom
Förderhöhe abhängig von der installierten elektrischen Leistung (1,8-5,41 ct/kWh)
Vergütung auch der Stromeinspeisung ins Netz
CO2-Emissionshandelsaufschlag (0,3 Ct/kWh)
Förderung von Nachrüstungen und Modernisierung von Altanlagen
Investitionszuschüsse für Absorptionskältemaschinen und Speichersysteme
Vollständige Befreiung des in der KWK-Anlage eingesetzten Primärbrennstoffs von der
Energiesteuer
Abkoppeln vom Strombezug durch signifikante oder umfassende
Stromeigenerzeugung
Strompreis: nur noch geringer Anteil des eigentlichen Stromrohstoffpreises
EEG-Umlage 2014: 62,4 €/MWh!
Verringerung der Ausnahmetatbestände!
Der in KWK erzeugte Strom ist günstiger als der bezogene Strom!
6 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Wirtschaftliche Abschätzung zur Stromerzeugung bei
vollständigen Stromeigenverbrauch
Gasmotor Gasturbine Einheit
Gaspreis 30,00 30,00 €/MWh
elektrischer Wirkungsgrad 42 33 %
Stromgestehungskosten I 71,43 90,91 €/MWh
Zzgl. Wartungsvertrag (Full-Service) 10,00 8,00 €/MWh
Abzgl. KWK-Bonus 30,00 20,00 €/MWh
Stromgestehungskosten II 51,43 78,91 €/MWh
aktueller Strombezugspreis aus dem Netz
(Vollversorgung und Vollkostenpreis) 150 150 €/MWh
Differenz Eigenerzeugung zu Stromzukauf 98,57 71,09 €/MWh
Amortisationszeit liegt unterhalb der 30.000 Vollbenutzungsstunden
7 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Auslegungsparameter einer KWK-Anlage
Benötigte Daten
Wärme-/Kälteverbrauchslast mit Leistung und Arbeit über die Zeit
aufgetragen
Medienparameter (Druck, Temperatur (Vorlauf und Rücklauf),
Kondensatrückflussquote)
Auslegung der Anlage nach den Prinzipien
Grundlast der Wärme-/Kälteversorgung
Laufzeiten und Volllaststunden
Zeit zwischen zwei Abschaltvorgängen
Teillastbereich
Puffer / Speicher (Dampf und Warm-/Kaltwasser) erhöhen die
Anlagenlaufzeit und entkoppeln die Verbraucher von der Anlage
Strom ist ein Ergebnis, nicht Auslegungsparameter der Anlage!
8 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Vorgehen Anlagendimensionierung
Benötigte Daten – Details und Optimierungen
Wärme- /Kälteverbraucher
Energieverteilung
Medienumstellung (Dampf/Warmwasser)
Daten ermitteln durch
Messwerte
Abschätzungen, Berechnungen
Auswertung von
Lastgänge Strom und Dampf/Gas
sortiert, unsortiert mit und ohne Erzeugung
Anlagendimensionierung (iteratives Vorgehen)
Excel Datei zur Kraftwerkssimulation (Simulation dynamisches Verhalten)
Verfahrensfließbilder, Grundfließbilder
Aufstellpläne
Grundrisse, Ansichten, Schnitte
10 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Typische Anwendung KWK
Gleichzeitigkeit des Wärme-/Kälte- und Strombedarfs!
Wärme- oder Gasbedarf
Strombedarf
11 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Stromverwendung im KWK-Betrieb II
Stromeinspeisung
Strombezug
16 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Lastgang
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 5 Tag 6 Tag 7 Tag 8
Datum
Da
mp
fma
ss
en
str
om
[k
g/h
]
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
Sp
eic
he
rfü
lls
tan
d [
kg
]
Dampfbedarf Dampferzeugung Gasturbine Speicherfüllstand des Dampfspeichers
18 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Lastgang
Einspeisung
Eigenbedarfsdeckung Zukauf
Einspeisung
Eigenbedarfsdeckung Zukauf
19 Theorie und Praxis bei KWK-Anlagen Jan Groneberg
Leistungsberechnung
Leistungsberechnung DT mit 4 Entnahmestufen
Bezeichnung Legende Wirkungsgrade Turbosatz Randbedingungen: Input Dampfleistung
m [Mg/h] p [bar a] Eingabe Ergebnis hinnerer 0,99 - hi > hi+1 PFD 116,364 [MWth]
T [°C] h [kJ/kg] Vorgabe hmechanisch 0,975 - Dampffeuchte 0 ≤ x ≤ 1 beachten
x [-] s [kJ/kg·K] hGetriebe 0,985 - Dampfrückkühlung mit Zellenkühlern Wellenleistung ideal
hGenerator 0,96 - EB daher nur 4,5 PT, id 35,209 [MWel]
Feed Frischdampf
Gesamtverluste 8,70% - 0,07 bar und 86,5% im Feuchtgebiet
130,00 43 - Entropiegefälle beachten, ggf. Reihenfolge Wellenleistung real
405 3.222,38 der Entnahmen anpassen PT,real 33,476 [MWel]
6,752
Generatorklemmenleistung
Bleed 1 Bleed 2 Bleed 3 Bleed 4 Abdampf brutto
Anzapfung Kunde Anzapfung Kunde n.n. n.n. zu LUKO PG 32,137 [MWel]
0 17 0 4,2 0 4,2 0 1 130 0,07
240 0 155 0 155 0 99,63 0 39,02 2.247,37 Eigenbedarf bezogen auf PG
0 0 0 0 0,865 7,235 PE 4,3 [MWel]
PStufe 1 PStufe 2 PStufe 3 PStufe 4 PStufe 5 verfügbare Nutzleistung
0 Pel [MW] 0 Pel [MW] 0 Pel [MW] 0 Pel [MW] 35,209 Pel [MW] PN 27,837 [MWel]
0 Pth [MW] 0 Pth [MW] 0 Pth [MW] 0 Pth [MW] 81,155 Pth [MW]
Elektrischer Bedarf Kunde
Überschlägige Berechnung der LUKOs (vorläufig!) PKunde 17 [MWel]
Gesamtleistung ideal Kondensationswärme im LUKO 75,255 Pkond,th [MW]
30,909 Pel [MW] Eintrittstemperatur Luft LUKO 12 Tair,in [°C] Wirkungsgrade
81,155 Pth [MW] Zieltemperatur Kondensat nach LUKO 45,5 Tkond,soll [°C] elektrisch 27,62%
112,064 Pges [MW] Anzahl LUKOs 4 thermisch* 0,00%
Luftbedarf je LUKO bei TKond, soll = 45°C 2.862.084,02 VAir [m³/h]
G