Eigenstromversorgung mit Blockheizkraftwerken für die Tiefengeothermie

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Fabian Martin
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1 Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. 4. Erfahrungsaustausch Kommunale Geothermieprojekte 18. April 2013, Augsburg Eigenstromversorgung mit Blockheizkraftwerken für die Tiefengeothermie Jens M. Kuckelkorn, M. Helm, C. Wuschig ZAE Bayern ZAE Bayern Kurzkommentar Hans-Peter Ebert Bayerisches 24. Januar 2012 Zentrum für Angewandte Energieforschung 1

April 2013, Augsburg Eigenstromversorgung mit Blockheizkraftwerken für die Tiefengeothermie

2 Geothermie-Energiezentrale: Mögliche konzeptionelle Zielsetzungen Reduzierung des Bedarfs an Brennstoffen Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Reduzierung der Stromkosten Zuverlässige Funktionalität der technischen Anlagen (Vermeidung hoher Komplexität) Betriebskosten und Investkosten minimieren Primärenergiebedarf minimieren CO 2 -Äquivalent-Emissionen minimieren 2

Zuverlässige Funktionalität der technischen Anlagen (Vermeidung hoher Komplexität)

3 Förderprogramme: KWK-Bonus und Förderung des Netzausbaus Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz Blockheizkraftwerke sind von der Energiesteuer auf Erdgas bzw. Heizöl befreit, wenn ein Mindestnutzungsgrad von 70 % erreicht wird (unter 2 MW Gesamtleistung) Einspeisevergütung bzw. Erzeugungs-Bonus Einspeisung zum marktüblichen Grundlaststrompreis der EEX Rückerstattung der vermiedenen Stromnetzkosten FAZIT: Eigennutzung interessanter als Stromeinspeisung Erzeugungsförderung / /kwh 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Erzeugungsförderung bis 50 kw 0,054 /kwh bis 250 kw 0,040 /kwh bis 2000 kw 0,024 /kwh über 2000 kw 0,018 /kwh 0, elektrische Leistung / kw 3

Erzeugungs-Bonus Einspeisung zum marktüblichen Grundlaststrompreis der EEX Rückerstattung der vermiedenen Stromnetzkosten FAZIT: Eigennutzung interessanter als

4 KWK in der Mittellast: Fallbeispiel Blockheizkraftwerk (BHKW) Industriemotor (ca. 600 /kw el ) Heizöl-BHKW oder Erdgas-BHKW zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Einsatz während Mittel- und Spitzenlast Strom zur Eigenstromnutzung hoher Stromwirkungsgrad 50% teillastfähig Wärme wird in Mittellast der Fernwärme eingekoppelt niedrige Kühlwassertemperatur erforderlich erhöhter Hydraulikaufwand Wartungsaufwand (Wartungsintervalle) Stromerzeugung ca. 800 kw el Bildquelle: Jenbacher Motorkühlwasser und Rauchgasauskühlung: ca. 890 kw th 4

Eigenstromnutzung hoher Stromwirkungsgrad 50% teillastfähig Wärme wird in Mittellast der Fernwärme eingekoppelt niedrige

5 KWK in der Mittellast: Fallbeispiel Gasturbinen modular Gasturbine: (1000 /kw el ) geringe Wartungsintervalle platzsparend niedriger Stromwirkungsgrad höhere Investitionskosten Lebensdauer h hohe Teillastfähigkeit Notstrom ohne Rückkühlung Temperaturbooster (Nachheizung) modularer Ausbau Bildquelle zu Abbildungen: Capstone 5

6 Kombination mit Absorptionswärmepumpe (AWP): Fallbeispiel einstufige, direkt befeuerte LiBr-AWP Einstufige, direkt befeuerte LiBr-AWP Einsatz in der Mittellast Antrieb durch Abgas und/oder Brenner Twin-Design für hohe Temperaturhübe (Real umgesetzte Anlage 32 -> 82 C) Wirkungsgrad (COP) ~ 1,65 Maschinenkosten ca. 120 /kw Heizleistung Antriebswärme 60% Wärme aus Geothermie 40% Fernwärme mit 40 % Geothermieanteil Bildquelle: Thermax 6

hohe Temperaturhübe (Real umgesetzte Anlage 32 -> 82 C) Wirkungsgrad (COP) ~ 1,65 Maschinenkosten ca.

7 Stromerzeugung in der Mittellast: Wirkungsgrade und Kombination mit AWP Ziel: Abgas und ggf. Motorkühlung als Antrieb der Absorptionswärmepumpe Ergebnis: Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades gegenüber Einzelanlagen erhöhte Komplexität der Anlage Wirtschaftlichkeit für etwa 800 kw el bei Verschränkung Gasturbine+AWP nicht wesentlich anders als bei einzelnem Gas-BHKW und separater gasbefeuerter AWP. Bildquelle: ASUE 7

gegenüber Einzelanlagen erhöhte Komplexität der Anlage Wirtschaftlichkeit für etwa 800 kw el bei

8 Energiezentrale: Fallbeispiel Strombedarf Ziel: Reduzierung der Stromkosten durch KWK-Stromerzeugung Beispiel mit 800 kw el BHKW elektrischer Leistungsbedarf [kw] Strombedarf Energiezentrale 2015: 1845 MWh el von 5003 MWh el = 37% 2020: 3291 MWh el von 6540 MWh el = 50% Regelung und Auslegung: stromgeführt: Erzeugung oder Bedarf wärmegeführt: nur bei max. TKP-Auslastung temperaturgeführt: T vl Fernwärme Tage 8

1845 MWh el von 5003 MWh el = 37% 2020: 3291 MWh el von 6540 MWh el = 50% Regelung und Auslegung: stromgeführt:

9 Energiezentrale: Mittellast-BHKW 2015 Reduzierung der Stromkosten Jahresdauerlinie ab Energiezentrale Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] Spitzen- und Reservelast, Heizöl: MWh, 20 MW, 335 Vlh Mittellast, BHKW: MWh, 0,89 MW, Vlh Grundlast, Geothermie: MWh, 10 MW, Vlh ca. 3,2% d. Gesamtwärme ca. 28% d. Spitzenlast 2015 Spitzenlast Öl/Gas 2015 keine Auswahl 2015 BHKW I 2015 Geothermie I Tage [d] 9

694 MWh, 20 MW, 335 Vlh Mittellast, BHKW: 2.050 MWh, 0,89 MW, 2.303 Vlh Grundlast, Geothermie: 55.102 MWh, 10 MW, 5.510 Vlh ca. 3,2% d.

10 Energiezentrale: Mittellast-BHKW 2015 Reduzierung der Stromkosten Jahresdauerlinie ab Energiezentrale Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] Spitzen- und Reservelast, Heizöl: MWh, 30 MW, 178 Vlh ca. 80 C Mittellast, AWP: MWh, 10 MW, Vlh Mittellast, BHKW: MWh, 0,89 MW, Vlh Grundlast, Geothermie: MWh, 10 MW, Vlh 2020 Spitzenlast Öl/Gas 2020 AWP I 2020 BHKW I 2020 Geothermie I ca. 3,4% d. Gesamtwärme ca. 11% d. Mittel- u. Spitzenlast Tage [d] 10

80 C Mittellast, AWP: 23.214 MWh, 10 MW, 2.321 Vlh Mittellast, BHKW: 3.365 MWh, 0,89 MW, 3.781 Vlh Grundlast, Geothermie: 66.217 MWh, 10 MW, 6.

11 Energiezentrale: Grundlast-BHKW 2015 Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Jahresdauerlinie ab Energiezentrale Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] Spitzen- und Reservelast, Heizöl: MWh, 20 MW, 337 Vlh Grundlast: TKP vs BHKW! 2015 Spitzenlast Öl/Gas 2015 keine Auswahl 2015 Geothermie I 2015 BHKW I Stromnutzung, Wärmenutzung Stromverkauf, Temperaturnutzung Grundlast 2, Geothermie: MWh, 10 MW, Vlh Grundlast 1, BHKW: MWh, 0,89 MW, Vlh Tage [d] 11

741 MWh, 20 MW, 337 Vlh Grundlast: TKP vs BHKW!

12 Energiezentrale: Grundlast-BHKW 2020 Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Jahresdauerlinie ab Energiezentrale Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] Spitzen- und Reservelast, Heizöl: MWh, 30 MW, 192 Vlh Stromnutzung, Wärmenutzung Mittellast, AWP: MWh, 10 MW, Vlh Grundlast 2, Geothermie: MWh, 10 MW, Vlh 2020 Spitzenlast Öl/Gas 2020 AWP I 2020 Geothermie I 2020 BHKW I Stromverkauf, Temperaturnutzung Grundlast 1, BHKW: MWh, 0,89 MW, Vlh Tage [d] 12

000 Spitzen- und Reservelast, Heizöl: 5.749 MWh, 30 MW, 192 Vlh Stromnutzung, Wärmenutzung Mittellast, AWP: 23.214 MWh, 10 MW, 2.

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! ZAE Bayern 13

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