Industriebrennstoffe

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1 Industriebrennstoffe apl.prof. Dr.-Ing.habil. Th. Hackensellner Begleitmaterial ausschließlich zur Vorlesung Energiemonitoring. Veröffentlichung und Vervielfältigung nur mit Genehmigung des Verfassers. Alle Rechte vorbehalten.

2 Heizwert (H i ) eines Brennstoffes Der Heizwert (H i ) ist die Wärme, die bei vollständiger Verbrennung von einem kg bzw. einem m n 3 eines Brennstoffes verfügbar wird, wenn das vor der Verbrennung im Brennstoff flüssig vorhandene und das bei der Verbrennung zusätzlich gebildete Wasser sich nach der Verbrennung im dampfförmigen Zustand befindet. Beim Heizwert wird die Kondensationswärme des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes nicht mitgerechnet. i: interior Copyright, 2012 Hackensellner 2

3 Brennwert (H S ) eines Brennstoffes Der Brennwert (H S ) ist die Wärme, die bei vollständiger Verbrennung von einem kg bzw. einem m n 3 eines Brennstoffes verfügbar wird, wenn das vor der Verbrennung im Brennstoff flüssig vorhandene und das bei der Verbrennung zusätzlich gebildete Wasser sich nach der Verbrennung im flüssigen Zustand von 25 C und 1013 mbar befindet. Beim Brennwert wird die Kondensationswärme des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes mitgerechnet. S: superior Copyright, 2012 Hackensellner 3

4 Vollkommene/unvollkommene Verbrennung Vollkommene Verbrennung Alle reaktionsfähigen Bestandteil des Brennstoffes werden durch Verbrennung in ihre höchste Oxidationsstufe überführt (z.b. CO 2, H 2 O). Unvollkommene Verbrennung In der Abgasen sind noch brennbare Bestandteile vorhanden (z.b. CO, C x H y ). Grund: ungenügende Sauerstoffzufuhr, zu geringe Aufenthaltszeit, energetisch verlustbehafteter Prozess Copyright, 2012 Hackensellner 4

5 Heizwert (H i ) von Brennstoffen Braunkohlen: kj/kg Steinkohlen: kj/kg Heizöl EL (extra leicht): kj/kg Heizöl S (schwer): kj/kg Erdgas L: 8,8 kwh/m 3 n Erdgas H: 10,4 kwh/m 3 n Flüssiggas: kj/kg (Propan + Butan) Holzpellets: kj/kg (wasserfrei) Biogas: kj/m 3 n (60 % Methan) Copyright, 2012 Hackensellner 5

6 Heizwert eines Holzbrennstoffes in Abhängigkeit vom Wassergehalt Heizwert in MJ/kg Quelle: Hartmann: Energie aus Biomasse Wassergehalt in % Copyright, 2012 Hackensellner 6

7 Vorteile vom Brennstoff Erdgas Vorteile von Erdgas gegenüber Heizöl EL: * Keine Lagerhaltung; keine Auflagen bezüglich Wassergefährdung * konstruktiv einfache Brenner * Saubere, russfreie Verbrennung bei kleiner Kaminhöhe Gas: 0,4 g Staub/MWh Br ; Heizöl: 1,0 g Staub/MWh Br * Höherer energetischer Jahresnutzungsgrad des Kessels Gas: 86 %; Heizöl: 84 % * Abkühlung der Rauchgase Gas: bis auf 120 C; Heizöl: bis auf 150 C (Schwefelsäuretaupunkt) * Kein Schwefelanteil im Erdgas; keine Umweltschädigung Gas: nur in Spuren; Heizöl: 0,05 Mass.-% * Niedrigerer CO 2 -Emissionsfaktor Gas: 0,20 kg CO 2 /kwh(h i ); Heizöl: 0,26 kg CO 2 /kwh(h i ) Br: Brennstoff ; H i: Heizwert Copyright, 2012 Hackensellner 7

8 Nachteile vom Brennstoff Erdgas Nachteile von Erdgas gegenüber Heizöl EL: * Vorschriften zum Explosionsschutz * Abhängigkeit von den Gasversorgungsunternehmen * Höherer Bruttowärmepreis Copyright, 2012 Hackensellner 8

9 Bruttowärmepreis [Euro /GJ(H i )] Heizöl S Heizöl EL 6 Preis [ Euro / t] 10 kj / GJ BWP Heizwert [ kj / kg] 1000 kg/ t BWP 6 Preis [ Euro / hl] 10 kj / GJ Heizwert [ kj / kg] [ kg/ l] 100l Öl / hl Erdgas BWP Preis [ Euro / kwh( H 0,90 kwh( H )/ kwh( H i S 6 )] 10 kj / GJ ) 3600 kj / kwh S Copyright, 2012 Hackensellner 9

10 Nettowärmepreis [Euro/GJ(th)] Der Nettowärmepreis berücksichtigt den Wirkungsgrad des Energiewandlers, z.b. der Kesselanlage. Für Kesselanlagen gilt: NWP BWP B η B : Jahresbetriebswirkungsgrad Kesselanlage Copyright, 2012 Hackensellner 10

11 Nettowärmepreis für Wärme aus Kesselanlage NWP 3 6 0,75 Euro / dm 10 kj / GJ 0, kj / kg0,84 kg/ dm 3 24,71 Euro / GJ( th) 8,89 Cent / kwh( th) th: thermisch Preisstand (ohne MwSt): Mai Copyright, 2012 Hackensellner 11

12 Nettowärmepreis für Kompressions- Wärmepumpen (mit E-Motor) k th k el Q W KWP el k el el NWP KWP k el Euro / kwh 10 kj kj / kwh el / GJ ε el : Elektrische Leistungszahl der Wärmepumpe k el : Strommischpreis (Leistungs- und Arbeitspreis) Copyright, 2012 Hackensellner 12

13 Nettowärmepreis Wärmepumpe als Funktion der Leistungszahl 24 Nettowärmepreis in Euro/GJ ,12 Euro/kWh 0,14 Euro/kWh 0,16 Euro/kWh 6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 Elektrische Leistungszahl Wärmepumpe Copyright, 2012 Hackensellner 13

14 Statistischer Marktpreis für Heizöl L in Deutschland Copyright, 2012 Hackensellner 14

15 Preisentwicklung Rohöl 1. Ölkrise: 1973 Rohölpreis von 3 Dollar auf über 5 Dollar pro Barrel (= 159 Liter) gestiegen (ca. 70 % Steigerung), Exportmenge gedrosselt 2. Ölkrise: 1979/80 Revolution in Iran und 1. Golfkrieg 2. Golfkrieg: 1990 Steigende Ölnachfrage und Kapazitätsengpässe: 2004/2005 Rohölpreis Oktober 2007: ca. 77,6 Dollar/Barrel Rohölpreis Juli 2008: ca. 146 Dollar/Barrel Copyright, 2012 Hackensellner 15

16 Marktpreis in Euro pro 100 Liter Marktpreis für Heizöl EL ( Monatspreis, inkl. MwSt.) Quelle: Tecson Monat Copyright, 2012 Hackensellner 16

17 CO 2 -Emissionsfaktoren von Brennstoffen CO2-Emissionsfaktor (EF) g CO2/kWh(Hi) Braunkohle Steinkohle Heizöl S Heizöl EL Erdgas L, H Copyright, 2012 Hackensellner 17

18 Länderspezifischer CO 2 -Emissionsfaktor für die öffentliche Stromerzeugung Land CO 2 -EF [kg CO 2 /kwh el ] Land CO2-EF [kg CO 2 /kwh el ] Norwegen 0,005 Deutschland 0,61 Schweden 0,04 Türkei 0,62 Schweiz 0,08 Niederlande 0,64 Frankreich 0,09 Portugal 0,64 Österreich 0,22 Großbritannien 0,64 Finnland 0,24 Irland 0,70 Belgien 0,29 Dänemark 0,84 Spanien 0,48 Griechenland 0,98 Italien 0,59 Luxemburg 1,08 Europäischer Durchschnitt: 0,47 kg CO 2 /kwh el Quelle: Heat pumps, technology and environmetal impact, Copyright, 2012 Hackensellner 18

19 Verbrennungsreaktionen Vollständige Verbrennung von Kohlenstoff C O CO kj / 2 2 kg C Unvollständige Verbrennung von Kohlenstoff C 1/ 2O CO Verbrennung von Wasserstoff kj / kg C 2 H O 2 H O( g) kj kg H 2 H kg H / O 2 H O( fl) kj / Verbrennung von Schwefel S O SO 9250 kj / 2 2 kg S g: gasförmig fl: flüssig Copyright, 2012 Hackensellner 19

20 Luftverhältnis Wirkliche Luftmenge L Minimale ( theoretische) Luftmenge L min Anhaltswerte für das Luftverhältnis: Gasfeuerungen: 1,05-1,1 Heizölfeuerungen: 1,1-1,2 Kohlenstaubfeuerungen: 1,2-1,3 Planrostfeuerungen: 1,5-1,7 Brennkammer Gasturbine: 2,0-4,0 Magergemischmotoren: 1,4-1,6 3-Wege-Kat. Motor mit Lambda-Sonde: 1, Copyright, 2012 Hackensellner 20

21 CO 2 -Maximalwert eines Brennstoffes CO2 Max. Wert gemessener CO Wert 2 CO 2 -Maximalwert: Hinweis auf Kohlenstoffgehalt eines Brennstoffes Brennstoff Steinkohlen Braunkohlen Heizöle Erdgas CO 2 Max.-Wert 18,6-19,2 Vol.-% 18,6-19,8 Vol.-% 15,5-16,0 Vol.-% ca. 12,5 Vol.-% Copyright, 2012 Hackensellner 21