Alternative Energieversorgungssysteme Effiziente Kraft-Wärme-Kopplung mit Mikrogasturbinen in mittelständischen Betrieben
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- Edwina Bösch
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1 Alternative Energieversorgungssysteme Effiziente Kraft-Wärme-Kopplung mit Mikrogasturbinen in mittelständischen Betrieben John Deere Forum Mannhein, 02. April 2014
2 Die Ziele des Energiekonzepts Quelle: Schafhausen 2011 Bild 2
3 Kompass Leitstudie 2011 (Primärenergie) Effizienz: 48% weniger Energieverbrauch gegenüber 2010 Erneuerbare: rund die Hälfte des Energieverbrauchs in 2050 DLR/IWES/IFNE 2012 Bild 3
4 Energiewende die Ausgangssituation im Primärenergieverbrauch Die fossilen Energieträger werden auch in den bevorstehenden Jahren die Hauptlast der Energieversorgung tragen. Primärenergieverbrauch heute Transport 31 % Wärme 49 % 20 % Strom Bild 4
5 Kälte eine Möglichkeit zur Optimierung des KWK-Einsatzes Das Marktpotenzial für Kühlung liegt in D bei rund 270 TWhc / davon werden 25 % als technisch-wirtschaftliches Potenzial für (Fern-)Kühlung gesehen. KWK 3 KWK 3 KWK 2 KWK 2 KWK 1 Trinkwassererwärmung Heizung KWK 2 Quelle: AGFW Januar Dezember Bild 5
6 Mikro-Gasturbinen BHKW Kälteversorgung für Metallzerspanung Quelle: Ansaldo-Turbec Bild 6
7 Bildquelle: Ansaldo Energia S.p.A. Mikro-Gasturbinen BHKW Aufbau und Eigenschaften Elektrische Leistung (netto): 100 kw Thermische Leistung: kw Temperatur Nutzwärme: C Gesamte Nutzwärme im Abgas Niedrige Wartungskosten Geringer Platzbedarf Einfache Installation Bild 7
8 Mikro-Gasturbinen BHKW Anwendungsbeispiele Trocknung (Lacke, Automobilindustrie) Pulverbeschichtung (Anlagenbau) Gärtnereien (Treibhäuser) Schwachgasverstromung (Holzgas, Klärgase) Dampferzeuger (Kliniken) Kälteerzeugung (Absorptionskälte) Bild 8
9 Mikro-Gasturbinen BHKW Hocheffiziente Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung Betriebskostensenkung Eigen-Energienutzung Versorgungssicherheit und Zuverlässigkeit Produktion und Vermarktung von Regelleistung Dezentrale Lösung Hocheffiziente Technik Hohe Nutzwärme-Temperatur Maximale Brennstoffausnutzung Minimale Emissionen CO 2 -Reduzierung Bild 9
10 Mikro-Gasturbinen BHKW Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (1) Wärmelast in % der max.last Jahresdauerlinie Heizung & Wärme für Absorptionskältemaschine (AKM) (maximale Wärmeleistung 718 kw) Stunden des Jahres Bild 10
11 Mikro-Gasturbinen BHKW Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (2) Mikro-Gasturbinen-BHKW-Daten - mit Strom-Eigennutzung - BHKW Motor BHKW Turbec_T100 PH (Gas) Anzahl Module: 2 installierte th. Leistung: 330 kw installierte el. Leistung: 210,0 kw th.wirkungsgrad (Hu) 53% el.wirkungsgrad (Hu) 34% BHKW Betriebsweise: Wärmegeführt Wärmeerzeugung KWK-Turbine 2349 MWh/a Stromerzeugung KWK: MWh/a Vollbenutzungssd. BHKW-Turbine 7117 h Stromeigenverbrauch: MWh/a Jahresnutzungsgrad BHKW ( Ho) 79% Reststrombezug: MWh/a Stromkennzahl (SKZ) 0,64 Stromeinspeisung: 0 MWh/a Bedarfsdeckung Wärme: 94% Bedarfsdeckung Strom 11% Bild 11
12 Mikro-Gasturbinen BHKW Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (3) Wirtschaftlichkeitsvergleich (VDI 2067) Zinsatz: 5,00 % Abschreibungszeit BHKW: Bafa Zuschuss für AKM & RKW wurde mit berücksichtigt KWK-System & AKM (AKM: Absorptionskältemaschine) Vergleichsheizung & KKM 10 Jahre (KKM: Kompressionskältemaschine) Summe Investitionen KKM+RKW Summe Mehrinvestition Kostenvergleich KWK-System Vergleichsheizung & KKM Kapitalkosten: /a /a Betriebskosten: /a +Strom KKM /a Brennstoffkosten: /a /a Gesamtkosten: /a /a Bild 12
13 Mikro-Gasturbinen BHKW Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (4) Erlöse & Nettokosten Erlöse KWK-System & AKM Vergleichsheizung & KKM Energiesteuer-Rückerstattung: Eingesparte Stromsteuer: Stromeinspeisung: /a /a 0 /a vermiedener Strombezug: /a (Stand: ) Bonus Gesamterlös: /a* /a System Nettokosten: /a /a Überschuss KWK.K gegenüber Vergleichsheizung /a *) Nach KWK-G für Betriebsstunden (Nach KWK-G 2012 eine Erhöhung von 2,817 ct/kwh auf 4 ct/kwh) Bild 13
14 Mikro-Gasturbinen BHKW Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (5) Investition / Überschuss [ ] Ertrag der Mehrinvestition Rückzahlung/Ertrag der Mehrinvestition* Jahre Bild 14
15 Versorgungssicherheit durch Frequenz- Stabilisierung (Regelleistung)! f 50Hz 0, 2Hz Bild 15
16 Versorgungssicherheit durch Regelleistung Stabilisierung der Netzfrequenz (permanente Aufgabenstellung) Grundlage für einen stabilen Netzbetrieb ist das dauerhafte Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Strombezug (Regelzone). Man unterscheidet zwischen Primär-, Sekundär- und Minutenreserve (entlang der Zeitachse). Bezieher der erzeugten oder bereitgestellten Leistung sind die Regelzonen-Betreiber (ÜNB: Übertragungsnetzbetreiber). Die Regelenergie-Lieferanten werden in Auktionen ermittelt. Sekundärreserveleistung ist im Regelleistungsmarkt höher bewertet (teurer) als Minutenreserveleistung. Negative Regelleistung ist im Allgemeinen höher bewertet (teurer) als positive Regelleistung, da durch den anhaltenden Zubau von volatil einspeisenden Enerneuerbaren Energien-Anlagen konventionelle Kraftwerke vorzugsweise Leistung reduzieren müssen Bild 16
17 Netzfrequenz Zeitlicher Verlauf der Netzfrequenz (Beispiel) Nennfrequenz plus 2 Promille Nennfrequenz Nennfrequenz minus 2 Promille Bild 17 Quelle:
18 Systemsicherheit und Optimierung der Wirtschaftlichkeit durch Lieferung von Regelenergie Positive und negative Regelenergie MRL : Minutenreserveleistung Leistungsverlauf bei einem Abruf Fahrweise bei einem Abruf Bild 18
19 Zusatzertrag durch Minutenreserve Idee: Integration von dezentralen Anlagen in einem MRL-Pool Präqualifikation jeder einzelnen Anlage notwendig, Mindestgebot 5 MW Rolle: Handel, Poolbetreiber Prozess: Day-Ahead (Bieten) Intraday (Abruf), D-1 (Abrechnung und Fahrplankorrektur) Voraussetzung: Bidirektionale Fernwirkanbindung, Minutenwerte Hohe Verfügbarkeitsanforderung (Anlagen und IT) für den Abruffall Hohe Volatilität des Marktes und ständige Beobachtung notwendig (Bietstrategie) Potential am MRL-Markt (2012): Positive MRL: ca EUR/MW Negative MRL: ca EUR/MW P Primärregelleistung Aktivierungszeit 30 Sek Sekundärregelleistung Aktivierungszeit 5 Min Minutenreserve Aktivierungszeit 15 Min Stundenreserve t Übertragungsnetzbetreiber Bilanzkreisverantwortlicher Bild 19
20 Zusatzertrag durch Sekundärreserve Idee: Integration von dezentralen Anlagen in einem SRL-Pool Präqualifikation jeder einzelnen Anlage notwendig, Mindestgebot 5 MW Rolle: Handel, Poolbetreiber Prozess: Folgewoche (Bieten), Intraday (Abruf), D-1 (Abrechnung und Fahrplankorrektur) Voraussetzung: Bidirektionale, direkte Fernwirkanbindung, Sekundenwerte Sehr hohe Verfügbarkeitsanforderung (Anlagen und IT) für den Abruffall Stellt die Anlage im laufenden Tag quasi unter die Führung des ÜNB Hohe Volatilität des Marktes und ständige Beobachtung notwendig (Bietstrategie) Potential am SRL-Markt (2012): Positive SRL: ca EUR/MW Negative SRL: ca EUR/MW P Primärregelleistung Aktivierungszeit 30 Sek Sekundärregelleistung Aktivierungszeit 5 Min Minutenreserve Aktivierungszeit 15 Min Stundenreserve t Übertragungsnetzbetreiber Bilanzkreisverantwortlicher Bild 20
21 Kontakt DEEnO Energie AG Wormser Landstraße Speyer Telefon: Telefax: weissmueller@deeno-energie.de web:
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