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CO2-Emissionen und Energiekosten verschiedener Systeme der Kraft-Wrme-Klte-Kopplung
ASUE-Fachtagung 26. 27. Oktober 2010Prof. Dr. Bernd BiffarHochschule Kempten
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 2ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
Inhalt
1. Einleitung2. Referenzsysteme3. CO2-Emissionen4. Energiekosten5. Zusammenfassung
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 3ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
1 Einleitung
Ausbau der Kraft-Wrme-Kopplung (KWK) kann Primrenergiebedarf BRD reduzieren Beitrag zur Reduzierung der CO2-Problematik leisten
Politik: Erhhung des KWK-Stromanteils auf 25 % bis 2020Kernthema: Wie kann Wrmenutzung KWK-Anlagen erhhtwerden, so dass fr Wirtschaftlichkeit ausreichendeVolllaststundenzahl und damit Ausbau KWK erreicht wird?Ansatzpunkt: Wrmeerzeugung von KWK-Anlagen wird zur Herstellung von
Klte mit Absorptionskltemaschinen verwendet => Kraft-Wrme-Klte-Kopplung (KWKK)
Wrme- und Kltebedarf sind saisonal gegenlufig, KWKK kann Auslastung KWK-Anlage erhhen
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 4ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
1 Einleitung
KWK-AnlageSpitzenlast-kessel
Brennstoff
Wrme
Strom
Klte-maschine
Klte
Prinzip der KWKK:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 5ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
1 Einleitung
Berechnung und Vergleich der CO2-Emissionen Energiekostenvon KWKK-Anlagen und getrennter Versorgung mit Strom und Klte
=> Wie sinnvoll ist KWKK aus kologischer und konomischer Sicht?
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 6ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
1 Einleitung
Berechnungsparameter:Technik elektrischer Nutzungsgrad KWK-Anlage thermischer Nutzungsgrad KWK-Anlage Nutzungsgrad Kessel Emissionsfaktor Stromerzeugung COP Kltemaschinen (E-Turbo, ein- und zweistufiger
Absorber)Wirtschaftlichkeit Brennstoffpreis Strompreis
Vollstndige Parametervariation sehr
umfangreich => Definition typischer Referenzsysteme und Berechnung von zwei
Preisszenarien
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 7ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2 Referenzsysteme
1. Blockheizkraftwerk mit einstufiger Absorptionskltemaschine (AKM)
BHKWSpitzenlast-kessel
Erdgas
Wrme
Strom
einstufige AKM Klte
el, BHKW 40 %
th, BHKW 45 %
Spitzenlastkessel 90 %
COPAKM 0,6
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 8ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2 Referenzsysteme
2. Gasturbinenanlage mit einstufiger Absorptionskltemaschine
GasturbineSpitzenlast-kessel
Erdgas
Wrme
Strom
zweistufige AKM
Klte
el, GT 30 %
th, GT 50 %
Spitzenlastkessel 90 %
COPAKM 0,6
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 9ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2 Referenzsysteme
2. Gasturbinenanlage mit zweistufiger Absorptionskltemaschine
GasturbineSpitzenlast-kessel
Erdgas
Wrme
Strom
zweistufige AKM
Klte
el, GT 30 %
th, GT 50 %
Spitzenlastkessel 90 %
COPAKM 1,1
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 10ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2 Referenzsysteme
3. Getrennte Versorgung mit Kompressionskltemaschine
COPmige Kltemaschine = 3COPgute Kltemaschine = 5
Strombezug
Kompressions-kltemaschine
Klte
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 11ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2,5 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
1. KWKK mit BHKW und einstufiger AKM versus getrennte Versorgung
BHKW
1,13 MWh Wrme
einstufige AKM
495 kg CO2
1 MWhel
0,68 MWhKlteKKM
COP = 3
Strombezug 1,23 MWhel
0,23 MWhel
704 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 12ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
2,5 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
1. KWKK mit BHKW und einstufiger AKM versus getrennte Versorgung
BHKW
1,13 MWh Wrme
einstufige AKM
495 kg CO2
1 MWhel
0,68 MWhKlteKKM
COP = 5
Strombezug 1,14 MWhel
0,14 MWhel
653 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 13ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3,3 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
2. KWKK mit GT und einstufiger AKM versus getrennte Versorgung
GT
1,67 MWh Wrme
einstufige AKM
660 kg CO2
1 MWhel
1 MWhKlteKKM
COP = 3
Strombezug 1,33 MWhel
0,33 MWhel
767 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 14ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3,3 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
2. KWKK mit GT und einstufiger AKM versus getrennte Versorgung
GT
1,67 MWh Wrme
einstufige AKM
660 kg CO2
1 MWhel
1 MWhKlteKKM
COP = 5
Strombezug 1,2 MWhel
0,2 MWhel
690 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 15ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3,3 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
3. KWKK mit GT und zweistufiger AKM versus getrennte Versorgung
GT
1,67 MWh Wrme
zweistufige AKM
660 kg CO2
1 MWhel
1,83 MWhKlteKKM
COP = 3
Strombezug 1,61 MWhel
0,61 MWhel
926 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 16ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3,3 MWh Erdgas
3 CO2-Emissionen
3. KWKK mit GT und zweistufiger AKM versus getrennte Versorgung
GT
1,67 MWh Wrme
zweistufige AKM
660 kg CO2
1 MWhel
1,83 MWhKlteKKM
COP = 5
Strombezug 1,37 MWhel
0,37 MWhel
786 kg CO2
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 17ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3 CO2-Emissionen
Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse:
System CO2-Emissionen KWKK COPKKMCO2-Emissionen
getrennte Versorgung3 704 kg
5 653 kg
3 767 kg
5 690 kg
3 926 kg
5 786 kgGT/zwei-
stufige AKM
GT/ein-stufige AKM
660 kg
BHKW/ein-stufige AKM 495 kg
KWKK reduziert CO2-Emissionen (???)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 18ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3 CO2-Emissionen
Berechnung enthlt Brennstoffeffekt: Erdgaseinsatz bei KWKK wirdverglichen mit Brennstoffmix Stromerzeugung BRD
=> Elimination Brennstoffeffekt
Verstromung des in KWK-Anlage eingesetzten Erdgases in GuD-Anlage
=> Emissionsfaktor Strombezug 400 g/kWhel statt 575 g/kWhel
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 19ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
3 CO2-Emissionen
Berechnungsergebnisse bei identischem Brennstoffeinsatz:
System CO2-Emissionen KWKK COPKKMCO2-Emissionen
getrennte Versorgung3 490 kg
5 454 kg
3 533 kg
5 480 kg
3 644 kg
5 547 kgGT/zwei-
stufige AKM
GT/ein-stufige AKM
660 kg
BHKW/ein-stufige AKM 495 kg
Identischen Brennstoffeinsatz vorausgesetzt, trgt KWKK bei den betrachteten Systemen nicht zur CO2-Einsparung bei
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 20ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
4 Energiekosten
Keine Vollkostenrechnung fr Anlagen, sondern Betrachtung von Energiekosten als wesentlichem Kostenparameter bestehenderAnlagen => Entscheidungsbasis fr AnlageneinsatzplanungPreisszenarien (Groabnehmer):
(a) inkl. EEG-/KWK-Umlage, Stromsteuer(b) ohne kosteuer (Annahme: vollstndige Rckerstattung fr KWK)
Szenario Strompreis(a) in c/kWhel Gaspreis(b) in c/kWhHo
1 11,0 3,5
2 8,5 2,0
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 21ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
4 Energiekosten
Grenzfallbetrachtung Anlagenbetreiber: Mit Brennstoffeinsatz wirdStromeinkauf vermieden, Wrmeabsatz muss mindestens Differenzzwischen Brennstoff- und Strombezugskosten erbringen => minimaler Wrmepreisminimaler Wrmepreis < 0 => KWK-Anlage ist schon durchStromerzeugung wirtschaftlich, zustzlicher Wrmeabsatz durchKlteerzeugung in KWKK verbessert Wirtschaftlichkeit
BHKW GTPreisszenario
1 2 1 2Stromkosten in c/kWhel 11,0 8,5 11,0 8,5
Brennstoffkosten fr Erzeugung 1 kWhelin c 9,6 5,5 12,8 7,3
Minimaler Wrmepreis in c/kWhth < 0 < 0 1,1 < 0
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 22ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
4 Energiekosten
minimaler Wrmepreis < 0 mit einer Ausnahme: 1,1 c/kWhth frKWKK mit Gasturbinenanlage und Preisszenario 1, darausresultiert Preis Klteerzeugung mit einstufiger AKM: 18 /MWhKlte Preis Klteerzeugung mit zweistufiger AKM: 10 /MWhKlte
Preis fr Klte, die aus bezogenem Strom erzeugt wird bei COP = 3: 37 /MWhKlte bei COP = 5: 22 /MWhKlte
=> In allen betrachteten Szenarien sind die Energiekosten frKlteerzeugung in KWKK geringer als fr Strombezug und
Klteerzeugung mit KKM(nicht pauschal verallgemeinerbar!)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 23ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
5 Zusammenfassung
Klteerzeugung aus Wrme kann durch Erhhung des Wrmeabsatzes von KWK-Anlagen deren Zubau ermglichenCO2-Emissionen der KWKK Verwendung Emissionsfaktor Strommix BRD => Reduzierung
der globalen CO2-Emissionen, beinhaltet Brennstoffeffekt Systemvergleich mit identischem Brennstoff Erdgas =>
Erhhung der globalen CO2-Emissionen Energiekosten Bei betrachteten Preisszenarien ist KWKK wirtschaftlich, sie
kann abhngig von aktueller Preissituation auchunwirtschaftlich sein => kontinuierliche Analyse derBetriebskosten erforderlich
Berechnungen beinhalten nur EnergiekostenAnlageneinsatzoptimierung => fr Investitionsentscheidungmssen Kapitalkosten bercksichtigt werden
Prof. Dr.-Ing. Bernd Biffar 24ASUE-Fachtagung 26.-27.10.2010
CO2
Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit gibt es
Fragen?
CO2-Emissionen und Energiekosten verschiedener Systeme der Kraft-Wrme-Klte-KopplungInhalt1 Einleitung1 Einleitung1 Einleitung1 Einleitung2 Referenzsysteme2 Referenzsysteme2 Referenzsysteme2 Referenzsysteme3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen3 CO2-Emissionen4 Energiekosten4 Energiekosten4 Energiekosten5 Zusammenfassung
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