Download pdf - Theorie und Praxis bei KWK - Anlagenp31726.typo3server.info/fileadmin/redakteure/energie_arena/Vortraege/... · -Emissionshandelsaufschlag (0,3 Ct/kWh) Förderung von Nachrüstungen

Grundlagen, Planungsschritte, Umsetzung und Erfahrungsberichte

Theorie und Praxis bei

KWK - Anlagen

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


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


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


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!


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


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!


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

Theorie


Typische Anwendung KWK

Gleichzeitigkeit des Wärme-/Kälte- und Strombedarfs!

Wärme- oder Gasbedarf

Strombedarf


Stromverwendung im KWK-Betrieb II

Stromeinspeisung

Strombezug


Lastgang


Lastgang


Lastgang


Lastgang


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

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20.000

Sp

eic

he

rfü

lls

tan

d [

kg

]

Dampfbedarf Dampferzeugung Gasturbine Speicherfüllstand des Dampfspeichers


Lastgang


Lastgang

Einspeisung

Eigenbedarfsdeckung Zukauf

Einspeisung

Eigenbedarfsdeckung Zukauf


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


Fließbild


Fließbild


Fließbild


Fließbild


Fließbild


Fließbild


Lageplan


Lageplan


Lageplan


Werkslage- und Gebäudeplan


Maschinenschnitt


Schnitt


Schnitt


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Ansicht


Maschinenaufstellungsplan


Grundriss


Grundriss

Praxis
















