23.04.2013

KWK- und Prozessenergielösungen mit Mikrogasturbinen im

Rahmen des KWK-Gesetzes

25. April 2013 SAENA-Fachforum KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG

efa Leipzig GmbH

Dipl.-Ing. Petra Krüger

Geschäftsführerin

0341/463686-30

info@efa-leipzig.com

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23.04.2013

Was wir versprechen

Reduzierung der Energiekosten von produzierenden Unternehmen durch

Eigenstromerzeugung Wie geht das? Annahme: Es werden 1,5 kWh Wärme und 1 kWh Strom benötigt.

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Bisher:

Einkauf: 1,5 kWh Gas a 5 Ct/kWh = - 7,50 Ct/kWh

1 kWh Strom a 20 Ct/kWh = -20,00 Ct/kWh

Kosten: -27,50 Ct/kWh

Neu Eigenstromerzeugung:

Einkauf:

3 kWh Gas a 5 Ct/kWh = -15,00 Ct/kWh

Daraus werden erzeugt:

1,5 kWh Wärme und 1 kWh Strom

Mineralölerstattg. a 0,55 Ct/kWh = 1,65 Ct/kWh

KWK-Vergütung = 5,40 Ct/kWh

Wartung KWK = -1,74 Ct/kWh

Kosten: = -9,69 Ct/kWh

Pro eigenerzeugter kWh Strom können 17,81 Ct gespart werden. Dafür müssen

aber die Wärmeabnahmen gegeben sein bzw. geschaffen werden!

23.04.2013

Was wir tun

Erschließen von Effizienzen durch das Aufbrechen von Systemgrenzen

Bisher:

Elektro Heizung Kälte

Dann: Komplexe Betrachtung des Strom- und Wärmebedarfs

Grundlast: Nutzung von KWK, Abwärme Elektro

Spitzenlast: Nutzung möglichst erneuerbarer

Energien (PV, Biomasse, Solarthermie,

Wind), abhängig von Standort und Kälte

lokalen Gegebenheiten Heizung

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23.04.2013

Wie wir tun

Ökonomie Ökologie Soziale Verantwortung

Damit verbundene

Verringerung des

Ausstoßes von CO2

und anderen

Emissionen

Nachhaltige Senkung

der Energiekosten

Der Effizienznachteil von KMU in den NBL birgt die Gefahr steigender Kosten- und

Wettbewerbsnachteile

Schaffung bzw. Erhalt

von Arbeitsplätzen

Generationen-

gerechtigkeit

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Nachhaltig – durch Einsatz von KWK und EE

23.04.2013

Wer sind unsere Kunden

alle kleineren und mittleren Unternehmen mit nennenswertem Strom- und Wärmebedarf

bspw. ab 50.000 € Kosten für Strom und Wärme pro Jahr

Branchen

Fischzucht Pulverbeschichtung Gründerzeitvilla

Beheizte Stallanlagen Seniorenheim Hotel

Bürogebäude Spaßbad Krankenhaus / Klinik

Energieversorger Sportstätte Kunststoffverarbeitung

Fleischerei Textilverarbeitung Lebensmittelverarbeitung

Getränkeherstellung / Brauerei Wellnessfarm Metallverarbeitung /

Härtereien

große Immobilien Restaurants Denkmalgeschütze Anlagen

größere Bäckereien Herrenhäuser / Schlösser Lackierereien

23.04.2013

Energiekonzepte

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Für den Techniker: Für den Controller: Für die Geschäftsführung

Wirtschaftlichkeit

Investitionskosten

Energiekosten vorher

Energiekosten nachher

Amortisation/ Rendite

Technische Lösung

KWK-Wärme

KWK-Dampf

KWK-Kälte

KWK-Heißwasser

KWK-Trocknung

Nutzung EE

Abwärmenutzung Weiterführende Arbeiten:

Planungsleistungen, Förderanträge, Projektbegleitung,

Mikrogasturbinen

Liquidität

Förderung

Contracting

Mietkauf

Finanzierung

Mit dem Ziel, Betriebskosten einzusparen bzw. langfristig planbar zu gestalten, wird

die für das Objekt „optimale“ Variante der Energieversorgung erarbeitet.

23.04.2013

Geschäftsfeld KWK

Mikrogasturbinen

Kraft-Wärme

Kraft-Kälte

Kraft-Dampf

Kraft-Dampf-Kälte

Direkte und indirekte Trocknung

Thermoölanlagen

Konzeption Planung Handel

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Wartung

23.04.2013 8

Turbine Leistung elektrisch Leistung thermisch

C30 30 kW 68kW

C50 50 kW 100kW

C65 65 kW 126 kW

C200 200 kW 290kW

C600 600kW 858kW

C800 800kW 1144kW

C1000 1000kW 1430kW

robustes BHKW mit niedrigsten Emissionswerten

• Wartungsfreie Luftlager ohne Schmier- und Kühlmittel

• 100% modulierbare Leistungsabgabe

• Wartungsintervall nur alle 8.000 Betriebsstunden

• Sauberes Abgas, gefahrlos nutzbar für direkte Trocknung

• Kompakte Bauweise bei geringem Gewicht; geringe Installationskosten

• Niedrige Nox und CO Emissionen – besser als globale Anforderungen

• Optional: Fernüberwachung & -betrieb, Inselbetrieb, Schalldämpfung, etc.

Mikrogasturbinen

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23.04.2013

Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)

Als Mikrogasturbinen werden im allgemeinen kleine Gasturbinen mit einer

elektr. Leistung bis 250 kW bezeichnet. Mikrogasturbinen sind

gekennzeichnet durch eine kompakte Bauform und eine hohe Drehzahl.

Es sind Einwellen-Turbinen bei denen Generator, Verdichter und Turbine

auf einer Welle befestigt sind.

Die Grundentwicklung der Mikrogasturbine fand in den 90er Jahren durch

Förderung mit Militärgeldern in den USA statt. Ursprüngliches Ziel war es,

einen leicht portablen, effizienten und zuverlässigen Stromerzeuger zu

entwickeln.

23.04.2013

Produktpalette

» C30 Erdgas / LPG / Biogas

/ Diesel / Kerosin

» C50/65 Erdgas / LPG / Biogas

/ Diesel / Kerosin

» C200 Erdgas / Biogas /

Diesel

3 bis 5 * C200 Containeranlage

» C600 - C1000 Erdgas / Biogas / Diesel

Hochdruck-, Niederdruckausführung

Netzparallel-, Netzersatzausführung und Inselbetrieb

23.04.2013

Mikrogasturbine C200 - C1000

C200 C600 – C800 – C1000

23.04.2013

Technische Daten und KWK-Vergütung

C30 C50 C65 C200 C6001 C8001 C10001

elektrische

Leistung 27 kW 50 kW 61 kW 190 kW 600 kW 800 kW 1000 kW

Thermische

Leistung (WT) 68 kW 110 kW 126 kW 290 kW 860 kW 1150 kW 1440 kW

Elektrischer

Wirkungsgrad 24% 26% 27% 31% 33% 33% 33%

Gesamt-

wirkungsgrad 83% 83% 83% 79% 81% 81% 81%

Brennstoffeinsatz

(Hu) 115 kW 192 kW 224 kW 606 kW 1818 kW 2424 kW 3030 kW

Abgastemperatur 275°C 294°C 309°C 280°C 275°C 275°C 275°C

Abgasleistung 80 kW 140 kW 148 kW 395 kW 1170 kW 1560 kW 1950 kW

KWK-Vergütung 5,41 Ct/kWh 5,41 Ct/kWh 5,16 Ct/kWh 4,37 Ct/kWh 3,18 Ct/kWh 2,99 Ct/kWh 2,87 Ct/kWh

Dauer der

Zahlung

10 Jahre;

30.000 Bh

10 Jahre;

30.000 Bh 30.000 Bh 30.000 Bh 30.000 Bh 30.000 Bh 30.000 Bh

1) Werte sind bezogen auf Hochdruck-Version

23.04.2013

Sachsen - Energie und Klimaschutz (EuK)

Basisförderung

• für 20 kWel 9.400 €

• für jedes weitere kWel. 300 €

Bonusförderung

• Für Brennstoffzellen, Sterlingmotoren

• Mikrogasturbinen

• Verdopplung der Basisförderung

Vollbenutzungsstundenfaktor

• Gesamtförderung = (Basis + Bonus) *Bh / 5000 h

Förderhöchstgrenzen

• >100 kWel max. 30%*)

• > 100 kWel ohne Bonus max. 20%*)

*) Kosten setzen sich zusammen aus Kosten BHKW und Installation zzgl. max. 10% Planung

23.04.2013

Aufbauschema und Arbeitsparameter

Generator Kompressor Turbine

Brennkammer

Rekuperator

Zuluft

15 °C

Typischer Arbeitszyklus einer

Mikrogasturbine

Temperaturen bei Volllast

Abgas C30: 275 °C

C65: 310 °C

510 °C

C30: 816 °C

C60: 954 °C

C30: 593 °C

C60: 635 °C

205 °C

Brennstoff

Zuluftfilter

23.04.2013

Schnittbild einer MGT C200

23.04.2013

Pos Artikel / Leistung

1 Mikrogasturbine C50

2 Last- und Steuerschrank

3 Gassicherheitsstrecke

4 Erdgasverdichter

5 Abgaswärmetauscher

6 AEA – Datenerfassung &

Fernüberwachung

7 Lieferung ebenerdig

8 Inbetriebnahme und Einweisung

Lieferumfang der MGT

23.04.2013

Wirkungsgrade einer C65 Mikrogasturbine

Bei 15°C Lufttemperatur und 100m Höhe

Wirkungsgra

d in

%

Gesamt-

wirkungsgrad

Elektrischer

Wirkungsgrad

Thermischer

Wirkungsgrad

23.04.2013

Wirkungsgrad einer C1000

23.04.2013

Übersicht MGT

Luftlagerung keine Schmier- und Kühlmittel notwendig

kompakte Bauweise, geringes Gewicht, 100% regelbar

100% Modulierbarkeit bei sehr gutem Teillastverhalten

geringer Einfluss bei wechselnden Energiegehalten des Brennstoffs

(vorteilhaft für den Einsatz von Biogasen)

hoher Gesamtwirkungsgrad, bis zu 94% je nach Rücklauftemperatur

geringe Schadstoffemissionen

geringe Wartungskosten durch Ölfreiheit der Turbine (nur Capstone)

im Netzersatz- und Inselbetrieb einsetzbar

Vorteile

Nachteile

höhere Investitionskosten als neue BHKW-Motoren (10-15%)

geringerer elektrischer Wirkungsgrad bei Volllast als moderne motorische BHKW

23.04.2013

Besonderheiten der MGT - Technologie

Abgastemperaturen zwischen 275 und 309 °C

Die gesamte Nutzenergie der MGT ist in dem ca. 300 °C heißen Abgasstrom.

(Im Vergleich dazu ist bei BHKW die nutzbare Energie im Kühlwasserkreislauf i.A. mit bis

zu 86 °C verfügbar.)

Dieses hohe Temperaturniveau von ca. 300°C macht Applikationen wie z.B.

die Kälte-, Heißwasser- oder Dampferzeugung mit KWK möglich.

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Direkte / indirekte Abgasnutzung C50

(z.B. für Trocknungsanlagen)

Warm- und Heißwassererzeugung über

Kälte über Absorptionskältemaschinen

(z.B. Industrie; Bürokomplexe)

Dampferzeugung

(z.B. Wäschereien; Fleischereien)

Thermoölkreisläufe

(z.B. für Hochtemperaturanwendungen)

23.04.2013

Dampferzeugung mit KWK ab ca. 3 t/h mit C200 *)

Das Abgas der MGT C200 mit ca. 300°C wird als vorgewärmte Brennerzuluft

verwendet. Stromerzeugung 200 kW el.

*) Einsatz bei ca. 1t/h mit C65

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Dampferzeugung mit KWK für kleinere Dampfmengen mit Heißwasser-

Dampferzeuger

Mit dem Abgas der MGT

wird in WÜ1 Heißwasser

erzeugt.

Mit dem Heißwasser

wird in einem

Heißwasser -

Dampferzeuger Dampf

erzeugt.

In WÜ2 kann weitere

Wärme ausgekoppelt

werden. Heiß-wasser-dampf-erzeuger

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Das Abgas der MGT erzeugt in einem Abhitzekessel direkt Dampf. In einem

nachgeschalteten WÜ weitere Wärme bspw. zur Speisewasservorwärmung

ausgekoppelt werden.

z.B. 600 kg/h mit C600

Dampferzeugung mit KWK für kleinere Dampfmengen mit Abhitzekessel*)

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Kälteerzeugung mit MGT

In einem WÜ wird mit dem

Abgas der MGT Warmwasser

erzeugt.

Mit dem Warmwasser wird

eine Sorptionskälte-maschine

betrieben.

Es ist auch Kraft-Dampf-Kälte-

Kopplung möglich.

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Direkte Trocknung

Abgas 60°C

Abgas ca. 100°C

50 kW el.

MGT C50

Wärme-

tauscherWarmwasser

70°C

50°C

Abgas ca. 295°C

Haftwassertrockner

Temp. = 140°C

Brenn-

vorkammer

Direkte Trocknung mit MGT

Das Abgas der MGT wird direkt als Trocknungsluftstrom verwendet (auch

wechselweise mit Warmwassererzeugung möglich).

23.04.2013

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

Abgas ca. 300°C

50 kW el.

MGT C50

Ofen

Brenner

Brenner-Zuluft-Erwärmung

Das Abgas der MGT wird zur Unterstützung eines Brenners direkt in einen Ofen

eingebracht.

23.04.2013

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Turbine auswählen

Anzahl 1 Stk.

Strompreis (Netto) 15,70 Ct/kWh

Gaspreis (Netto) 3,90 Ct/kWh

Stromeigenverbrauch %

C200

1

100

EEX 4,04 Ct/kWh

verm. Netznutzung 0,8 Ct/kWh

Betriebsstunden 8600

mit Abgaswärmetauscher

Einheit

€

kW

kW

kW

%

kWh

kWh

kWh

Brennstoffdaten

Brennstoffbezug Hi kWh

Brennstoffbezug Hs (110% Hi) kWh

Brennstoffkosten (Hs) €/a

Mineralölsteuer (Erstattung 0,55 Ct/kWh) €/a

Summe €/a

Erlöse

eingesparte Stromkosten €/a

KWK-Vergütung €/a

Gutschrift Stromeinspeisung €/a

Wärmegutschrift (115% des Gaspreises) €/a

Summe €/a

Fazit

Brennstoffkosten €/a

Vollwartungskosten (bei 6.000 Bh) €/a

Betriebskosten €/a

Erlös €/a

Gewinn statisch €/a

Amortisationszeit statisch Jahre

€

439.817

228.075

1,1

1.556.697Betriebskosteneinsparung nach 10 Jahren

211.741

5.732.760

223.578

31.530

192.047

256.538

71.423

0

111.856

439.817

192.047

19.694

Strom

Brennstoffeinsatz Hi

elektr. Leistung

5.211.600

C200

258.977

606

Wärme

Eigenverbrauch

1.634.000

1.634.000

2.494.000

Modell

Anlagenpreis

Technische Daten

Energieerzeugung

290

79

190

therm. Leistung

Gesamtwirkungsgrad

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

23.04.2013

efa Leipzig GmbH - Bürogebäude

Mikrogasturbine

Hersteller: Capstone

Typ: C 50

Leistung therm.: 110 kW

Leistung elektr.: 50 kW

Gesamtwirkungsgrad: 85%

Anbindungsmöglichkeiten der Mikrogasturbine

23.04.2013

Referenzanlagen

Krankenhaus Prüm

Anlage: C65 MicroTurbine (126kWth)

Betreiber: Caritasverband

Inbetriebnahme: Oktober 2006

Einsatzort: Krankenhaus Prüm

Betriebsstunden: >8.000 Bh/a

23.04.2013

Referenzanlagen

Metro C&C in Schwelm

Anlage: C800

Betreiber: Metro MEM

Inbetriebnahme: Oktober 2010

Einsatzfall: KWK-K

Betriebsstunden: >7.500 Bh/a

23.04.2013

Referenzanlagen

Aquana Würselen / Aachen

Turbine C200

Betreiber: Enwor

Inbetriebnahme: Januar 2010

Einsatzort: Aquana Freizeit Bad

Zweck: Wärmeerzeugung

23.04.2013

Referenzanlagen

Gerolsteiner Brunnen in Gerolstein

Deutschlandweit erste C1000 (mit doppelstufigem WT)

23.04.2013

Referenzanlagen

Überlandwerke Fulda

2 x Turbine C65

Leistung je 65 kWel

Leistung je 126 kWth

Betreiber: SynEnergie GmbH

Inbetriebnahme: Dezember 2007

Einsatzort: Nahwärmenetz Werkgelände

Betriebsstunden: >5.500 Bh/a

23.04.2013

Referenzanlagen

23.04.2013

Anlagenliste

Microturbine Süd

GmbH - München

EfA GmbH -

Leipzig E-quad Power

Systems GmbH -

Aachen

23.04.2013

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

efa Leipzig GmbH

Dipl.-Ing. Petra Krüger

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