Kurs zur Analyse sauberer Energieprojekte © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005....

Kurs zur Analyse sauberer EnergieprojekteKurs zur Analyse sauberer Energieprojekte

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.

Kraft-Wärme-Kopplung Kraft-Wärme-Kopplung ProjektanalyseProjektanalyse

Bildquelle: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Kraft-Wärme-Kopplungs-Kraftwerk


ZieleZiele

• Überblick über die Grundlagen vonÜberblick über die Grundlagen vonKraft-Wärme-Kopplungs-Kraft-Wärme-Kopplungs-

(KWK)-Systemen(KWK)-Systemen

• Darstellung der Schlüsselüberlegun-Darstellung der Schlüsselüberlegun-gen für die KWK-Projektanalysegen für die KWK-Projektanalyse

• Einführung des RETScreenEinführung des RETScreen®® KWK-Projektmodells KWK-Projektmodells


Was leisten Kraft-Wärme-Was leisten Kraft-Wärme-Kopplungs(KWK)-Systeme?Kopplungs(KWK)-Systeme?

Bildquelle: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX

Biomassebetriebene Energieerzeugungsanlage, USA• ElektrizitätElektrizität

• WärmeWärme Gebäude

Gemeinden

Industrieprozesse

…aber auch…

• erhöhte Energieeffizienzerhöhte Energieeffizienz

• weniger Abfall & Emissionenweniger Abfall & Emissionen

• geringere Transport- & Ver-geringere Transport- & Ver-teilungsverlusteteilungsverluste

• eine Möglichkeit dezentrale eine Möglichkeit dezentrale Energiesysteme zu nutzenEnergiesysteme zu nutzen

• KühlungKühlung


Gründe für ein KWK-SystemGründe für ein KWK-System

Nach World Alliance for Decentralized Energy

• Konventionelles Kraftwerk ist ineffizientKonventionelles Kraftwerk ist ineffizient Die Hälfte bis zwei Drittel der Energie geht als Wärme verloren

Diese ansonsten ungenutzte Wärme kann für Industrieprozesse, Raum- und Wasserheizung, Kühlung, etc. genutzt werden

• Strom ist typi- Strom ist typischerweise scherweise wertvoller alswertvoller alsWärme Wärme

Erneuerbare Biomasse

aus Erdwärme 1.024

Industrie 5.683

Öl 3.215

Gas 8.384

Atomkraft 7.777

Wasserkraft 2.705

Gesam-ter Pri-märener-gieeinsatz zur Strom-erzeugung40.180

Umandlungsverluste ausWärmeerzeugung 24.726

Brutto-stromer-zeugung15.454

Netto-stromer-zeugung14.491

Stromlie-ferung anKunden13.153

Nicht Industrie 7.470

EigenverbrauchKraftwerk

963

Übertragungs- und Verteilungsverluste

1.338

Kohle 17.075


Das KWK-PrinzipDas KWK-Prinzip

• Gleichzeitige Erzeugung von zwei oder mehreren Formen Gleichzeitige Erzeugung von zwei oder mehreren Formen nutzbarer Energie aus einer einzelnen Energiequelle (auch nutzbarer Energie aus einer einzelnen Energiequelle (auch “Cogeneration”)“Cogeneration”)

• Nutzung der Abwärme aus der StromerzeugungNutzung der Abwärme aus der StromerzeugungWärmerückgewinnungseffizienz (55/70) = 78,6%

Gesamteffizienz ((30+55)/100 = 85,0%

Abgas15 Einheiten

Wärme-tauscher

Wärme-last

Wärme + Abdanpf70 Einheiten

Brennstoff

100 Einheiten Stromsystem Generator

Strom-last

Wärme55 Einheiten

Strom30 Einheiten


KWK Beschreibung KWK Beschreibung Anlagen & TechnologienAnlagen & Technologien

• KälteanlagenKälteanlagen Kompressoren Absorptionskühler Wärmepumpe, etc.

• HeizungsanlagenHeizungsanlagen Boiler / Heißluftheizung /

Heizapparat Wärmerückgewinnung Abluft Wärmepumpe, etc.

• StromerzeugungsanlageStromerzeugungsanlage Gasturbine Gas- und Dampfturbine Dampfturbine Kolbenmotor Brennstoffzelle, etc.

Photo Credit: Rolls-Royce plc Gasturbine

Bildquelle: Urban Ziegler, NRCan

Kälteanlage


KWK Beschreibung (Forts.)KWK Beschreibung (Forts.)BrennstofftypenBrennstofftypen

• Fossile BrennstoffeFossile Brennstoffe Erdgas Diesel (Öl #2) Kohle, etc.

• Erneuerbare BrennstoffeErneuerbare Brennstoffe Holzreste Deponiegas (LFG) Biogas Landwirtschaftliche Neben-

produkte Bagasse Eigens angebaute Energie-

pflanzen, etc.

• Geothermische EnergieGeothermische Energie

• Wasserstoff, etc.Wasserstoff, etc.Bildquelle: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Geotherm. Geyser

Bildquelle: Warren Gretz, DOE/NREL

Biomasse für KWK


KWK Beschreibung (Forts.)KWK Beschreibung (Forts.)AnwendungenAnwendungen

• Einzelne GebäudeEinzelne Gebäude

• Gewerblich und Gewerblich und industriellindustriell

• Mehrere GebäudeMehrere Gebäude

• Kommunale Energie-Kommunale Energie-systeme (z.B. systeme (z.B. Gemeinden)Gemeinden)

• IndustrieprozesseIndustrieprozesseKWK (Deponiegas) für ein Fernwärmesystem, Schweden

Bildquelle: Urban Ziegler, NRCan Bildquelle: Urban Ziegler, NRCan Mikroturbine in einem Gewächshaus


KWK-Rathaus Kitchener


• Wärme aus einer KWK-Anlage kann an mehrere nahegelegene Gebäude zur Wärme aus einer KWK-Anlage kann an mehrere nahegelegene Gebäude zur Heizung und Kühlung verteilt werdenHeizung und Kühlung verteilt werden Isolierte Stahlröhren sind 0,6 bis 0,8 m unter der Erde verlegt

• Vorteile im Vgl. zu einer eigenständigen Anlage für jedes Gebäude:Vorteile im Vgl. zu einer eigenständigen Anlage für jedes Gebäude: Höhere Effizienz Emissionskontrolle

an einzelnen Anlagen Sicherheit Komfort Vereinfachung des Betriebs

• Anfangsinvestitionen Anfangsinvestitionen typischerweise höhertypischerweise höher

Kommunale EnergiesystemeKommunale Energiesysteme

Bildquelle: SweHeat

Komm. Energierzeugungsanl.

Bildquelle: SweHeat

Fernwärme-Warmwasserleitung


Kosten eines KWK-SystemsKosten eines KWK-Systems

• Kosten stark schwankendKosten stark schwankend

• AnfangsinvestitionenAnfangsinvestitionen Stromerzeugungs-

anlage Wärmeanlage Kälteanlage Elektrischer Anschluss Zugangsstraßen Fernwärmeleitungen

• Laufende KostenLaufende Kosten Brennstoff Betrieb & Instandhaltung Anlagenersatz & -reperatur

RETScreen Anlagetyp Typische Kosten ($/kW)

Kolbenmotor

Photovoltaikmodul

Gas- und Dampfturbine

Dampfturbine

Geothermiesystem

Brennstoffzelle

Windkraftanlage

Wasserkraftanlage

Gasturbine

700 bis 2.000

1.000 bis 3.000

700 bis 1.500

500 bis 1.500

1.800 bis 2.100

4.000 bis 7.700

550 bis 2.200

550 bis 4.500

8.000 bis 12.000

Anmerkung: Typische Kostenwerte in Kanadischen $, Stand 1. Januar 2005. Wechselkurs zu diesem Zeitpunkt circa 1 CAD = 0,81 USD und 1 CAD = 0,62 EUR


KWK-Projekt: ÜberlegungenKWK-Projekt: Überlegungen

• Verlässliche, langfristige Versorgung mit BrennstoffVerlässliche, langfristige Versorgung mit Brennstoff

• Kapitalkosten müssen kontrollierbar bleibenKapitalkosten müssen kontrollierbar bleiben

• Strom- und Wärmenachfrage des „Kunden“Strom- und Wärmenachfrage des „Kunden“ Falls Elektrizität vor Ort nicht vollständig verbraucht wird, muss über

Einspeisevergütung ins Netz verhandelt werden

• Typischerweise ist die Anlage für Heizgrundlast konzipiert Typischerweise ist die Anlage für Heizgrundlast konzipiert (d.h. minimale Heizlast unter normalen Betriebsbedingungen)(d.h. minimale Heizlast unter normalen Betriebsbedingungen) Wärmeoutput entspricht typischerweise 100% bis 200% des

Stromoutputs Wärme kann durch Absorptionskühler zur Kühlung genutzt werden

• Risiko verbunden mit Unsicherheit über zukünftige Risiko verbunden mit Unsicherheit über zukünftige Strom- Strom- // Erdgas- Preisspanne Erdgas- Preisspanne


Beispiel: KanadaBeispiel: Kanada

Einzelne GebäudeEinzelne Gebäude

• Gebäude, die Heizung, Kühlung und Gebäude, die Heizung, Kühlung und veläßliche Stromversorgung benötigenveläßliche Stromversorgung benötigen Krankenhäuser, Schulen, Bürogebäude,

landwirtschaftliche Gebäude, etc.

KolbenmotorBildquelle: GE Jenbacher

Dampfkessel AbwärmerückgewinnungBildquelle: GE Jenbacher

Krankenhaus, Ontario, KanadaBildquelle: GE Jenbacher


Example: Schweden und USAExample: Schweden und USA

Mehrere GebäudeMehrere Gebäude

• Gebäudegruppen, die durch eine zentrale Gebäudegruppen, die durch eine zentrale Heizungs-/Kühlungs-Anlage versorgt werdenHeizungs-/Kühlungs-Anlage versorgt werden Universitäten, Bürokomplexe, Gemeinden,

Krankenhäuser, Industriekomplexe, etc. Kommunales Energiesystem

Turbine in Gebrauch bei MIT, Cambridge, Mass. USABildquelle: SweHeat

Kommunales Kraftwerk


Beispiel: Brasilien Beispiel: Brasilien

IndustrieprozesseIndustrieprozesse

• Industrien mit hohem, konstantemIndustrien mit hohem, konstantemWärme- oder Kühlungsbedarf sind Wärme- oder Kühlungsbedarf sind geeignete Anwärter für KWKgeeignete Anwärter für KWK

Bagasse für Prozesswärme einer Mühle, Brasilien

Bildquelle: Ralph Overend/ NREL Pix

• Auch geeignet für Auch geeignet für Industrien bei denen Industrien bei denen Abfallmaterial Abfallmaterial entsteht, das dann entsteht, das dann zur Strom- und zur Strom- und Wärmeproduktion Wärmeproduktion genutzt werden kanngenutzt werden kann

GeneratorDampfturbine

Generator

Kondensator

Gasturbine

Wärme-tauscher

Kompressor

Brennkammer

Luft

Brennstoff

Brennstoff -Zusatzfeuerung

Speisewasser

Gegendruckanschluß

Dampfent-nahme-anschluß

Abgas

Dampf

Wärme-last

Wärme-last

Strom-last

Strom-last


KWK (Deponiegas) für ein Fernwärmesystem, Schweden

Beispiel: Kanada und SchwedenBeispiel: Kanada und Schweden

DeponiegasDeponiegas

• Auf Deponien entsteht Auf Deponien entsteht Methan durch MüllverwesungMethan durch Müllverwesung

• Dieses kann als Brennstoff Dieses kann als Brennstoff für Kühlungs- oder Heizungs-für Kühlungs- oder Heizungs-zwecke oder zur Strom-zwecke oder zur Strom-produktion genutzt werdenproduktion genutzt werden


Bildquelle: Gaz Metropolitan

Deponiegas-Auffangsystem

Leitungssystem Deponiegasauffang

Filter

Kompressor

Kühler/Entfeuchter

Dampferzeugung

Prozess

Stromerzeugung

Abfackelung


RETScreenRETScreen®® KWK-ProjektmodellKWK-Projektmodell

• Weltweite Analyse der Energieerzeugung, Weltweite Analyse der Energieerzeugung, Lebenszyklus-Lebenszyklus- kosten und kosten und TreibhausgasemissionsminderungenTreibhausgasemissionsminderungen

Kälte, Wärme, Strom und alle Kombinationen daraus

Gas- oder Dampfturbinen, Kolbenmotoren, Brennstoffzellen, Boiler, Kompressoren, etc.

Breites Spektrum an Brennstoffen, von fossilen Brennstoffen bis

Biomasse & Erdwärme Große Anzahl an Betriebsstrategien Deponiegas-Werkzeug Kommunale Energiesysteme

• Enthält ebenso:Enthält ebenso: Mehrere Sprachen, Einheiten-

auswahl und Benutzerwerkzeuge


RETScreenRETScreen®® KWK- KWK- ProjektmodellProjektmodell

• Fähigkeit zur Betrach-Fähigkeit zur Betrach-tung verschiedener tung verschiedener ProjekttypenProjekttypen

Nur Wärme

Nur Strom

Nur Kälte

Wärme & Strom

Kälte & Strom

Wärme & Kälte

Kälte, Wärme & Strom

Heizungs-

system

Kühl-

system

Strom-

system

Wärme-

last

Kälte-

last

Strom-

last

Brennstoff

Brennstoff

Kälte

Wärme

Zurückgewon-nene Wärme

Wärme

Elektrizität

Elektrizität


RETScreenRETScreen®® KWK-Projektmodell KWK-Projektmodell Heizungssysteme Heizungssysteme

Last

(kW

) Spitzenlast

Heizungssystem

Mittellast

Heizungssystem

Grundlast Heizungssystem

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Heizung Strom Kühlung

Monat


RETScreenRETScreen®® KWK-Projektmodell KWK-Projektmodell Kältesysteme Kältesysteme



Spitzenlast

Kühlungssystem

Grundlast Kühlungssystem

Last

(kW

)

Monat


RETScreenRETScreen®® KWK-Projektmodell KWK-Projektmodell StromsystemeStromsysteme


Grundlast Stromerzeugung

Mittellast Stromerzeugung

Spitzenlast Stromerzeugung

Last

(kW

)


Monat


RETScreenRETScreen®®

KWK KWK EnergieberechnungEnergieberechnung

Siehe e-Handbuch

Analyse sauberer Energieprojekte: RETScreen® Bearbeitung und Fälle

Kapitel Projektanalyse für Kraft-Wärme-Kopplung Vereinfachtes Flußdiagramm des Vereinfachtes Flußdiagramm des

KWK-EnergiemodellsKWK-Energiemodells

Abschätzung von Last und Bedarf:

• Wärmeprojekt;• Kälteprojekt; und/oder• Stromprojekt

Definition der Anlagenmerkmale

Berechnung gelieferter Energie und

entsprechendem Brennstoffbedarf


Beispiel zur Validierung des Beispiel zur Validierung des RETScreenRETScreen®® KWK-Projektmodells KWK-Projektmodells

• Gesamtvalidierung durch unabhängigen Berater (FVB Energy Gesamtvalidierung durch unabhängigen Berater (FVB Energy Inc.) und durch zahlreiche Zweitprüfer aus Industrie, Inc.) und durch zahlreiche Zweitprüfer aus Industrie, Versorgungsunternehmen, Regierung und akademischer Versorgungsunternehmen, Regierung und akademischer WeltWelt

• Vergleich mit mehreren anderen Modellen undVergleich mit mehreren anderen Modellen und/oder /oder gemessenen Daten, mit exzellenten Ergebnissen (z.B. Berechnung gemessenen Daten, mit exzellenten Ergebnissen (z.B. Berechnung der Dampfturbinenleistung im Vgl. mit GE der Dampfturbinenleistung im Vgl. mit GE Energieprozeßsimulations- software GateCycle)Energieprozeßsimulations- software GateCycle)

Kpph = 1.000 lbs/hr

Vergleich in der Berechnung einer Dampfturbinenleistung

Durchlauf Eingangsstrom, p, T

Kpph/psia/F

Ausgangsstromp, T

Kpph/psia/F

Anzapfstrom, p, T

Kpph/psia/F

Effizienz GateCycle Leistungsausga

beMW

RETScreen KWKLeistungsausga

beMW

1 50/1000/750 40/14/210 10/60/293 80% 3.896 3.883

2 50/1000/545 50/60/293 0 80% 2.396 2.404

3 50/450/457 50/60/293 0 80% 1.805 1.827

4 50/450/457 50/14.7/212 0 81% 2.913 2.915


ErgebnisseErgebnisse

• Kraft-Wärme-Kopplungs(KWK)-Systeme nutzen Kraft-Wärme-Kopplungs(KWK)-Systeme nutzen Wärme, die ansonsten verloren wäre, effizient ausWärme, die ansonsten verloren wäre, effizient aus

• RETScreen berechnet Nachfrage- und und Lastdauer- RETScreen berechnet Nachfrage- und und Lastdauer- kurven, gelieferte Energie und Brennstoffverbrauch kurven, gelieferte Energie und Brennstoffverbrauch für verschiedene Kombinationen von Wärme-, Kälte- für verschiedene Kombinationen von Wärme-, Kälte- undund//oder Stromsystemen mit minimalen Inputdatenoder Stromsystemen mit minimalen Inputdaten

• RETScreen ermöglicht signifikante Kostenersparnis RETScreen ermöglicht signifikante Kostenersparnis für vorläufige Machbarkeitsstudienfür vorläufige Machbarkeitsstudien


Fragen?Fragen?

www.retscreen.netwww.retscreen.netFür weiter Informationen besuchen Sie bitte die RETScreen-Webseite

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