Wärmespeicher für 1 Tag bis zu 6 Monate

Transkript

1 Wärmespeicher für 1 Tag bis zu 6 Monate S 1

2 cupasol GmbH S 2

3 Vorstellung Robert Hegele, Dipl.-Ing. Univ. Maschinenbau kaufmännischer Bereich, Vertrieb Marco Eckardt, Dipl.-Ing. Univ. Werkstoffwissenschaften Entwicklung, Technik, Projektierung cupasol GmbH junges Unternehmen mit Firmensitz in Ravensburg gegründet Dez 2011, Entwicklungstätigkeit bereits seit 4 Jahren kleine und große solarthermische Anlagen Wärmespeicher für große thermische Energiemengen Vertrieb von Vakuumröhrenkollektoren des Herstellers AkoTec S 3

4 großvolumige Wärmespeicher als ökologisch und ökonomisch optimale Ergänzung für Blockheizkraftwerke (BHKW). S 4

5 Wärmespeicher Biogasanlage mit BHKW Dauerbetrieb BHKW S 5

6 Ausgangsituation Biogasanlagen mit BHKW Aktuelle Situation über Biogasanlagenbetreiber in Deutschland erzeugen Strom bis über 60% der Energie aus Biogasanlagen geht als ungenutzte Abwärme zurück in die Atmosphäre ein Teil der Biogasanlagenbetreiber nutzt Abwärme, nur die wenigsten nutzen mehr als 50% des Wärmepotentials S 6

7 Ausgangsituation Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Situation des Betreibers: erzeugt ca. 40% Strom, restliche 60% Abwärme Wie kann der Betreiber die Abwärme nutzen? Vermarktung der Wärme über Nahwärmenetz Nutzung zur Raumheizung, Trinkwassererwärmung oder als Prozesswärme öffentliche, gewerbliche oder private Verbraucher S 7

8 Ausgangsituation Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW zeitlicher Versatz zwischen Angebot und Nachfrage der Wärme verfügbare Wärmeleistung bleibt nahezu konstant Nachfrage unterliegt täglichen, monatlichen und saisonalen Schwankungen Heizleistung orientiert sich an der Maximallast an sehr kalten Tagen S 8

9 Heizlastkurve Raumheizung Jahreslastgang Kenngrößen Wärmeversorgung, Gemeinde in Schleswig-Holstein: Wärmeverbrauch ca MWh / Jahr Spitzenlast an kalten Tagen ca. 700 kw Wärmeverbraucher: ca. 80 Wohngebäude, Altbau Jahreskurve der Heizlast: S 9

10 Leistungs- und Nutzungssteigerung Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW herkömmliche Methode zur Nutzungssteigerung Abdeckung von Leistungsspitzen mit anderen Energieträgern, z.b. Hackschnitzel-Heizwerk Verlust großer Mengen an Abwärme in Warmperioden (selbst im Winter) S 10

11 Leistungs- und Nutzungssteigerung Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Alternative großer Wärmespeicher Wärmespeicher mit m³ Wasservolumen Speicherung der überschüssigen Abwärme Leistungssteigerung aus großer Speicherkapazität an kalten Tagen kein zusätzliches Hackschnitzel-Heizwerk erforderlich S 11

12 energetischer Nutzen BHKW 350 kw thermisch, Wärmespeicher m³ S 12

13 energetischer Nutzen BHKW 350 kw thermisch, Wärmespeicher m³ S 13

14 energetischer Nutzen BHKW 350 kw thermisch, Wärmespeicher m³ S 14

15 Systemschema Biogasanlage mit BHKW und Nahwärmenetz Einfaches Systemschema Nahwärmenetz mit Verbrauchern für Raumheizung und Trinkwassererwärmung S 15

16 Systemschema Biogasanlage mit BHKW, Nahwärmenetz und saisonalem Wärmespeicher Einfaches Systemschema Nahwärmenetz ergänzt durch einen saisonalen Wärmespeicher mit größerer Wärmeleistung und damit zusätzlichen Verbrauchern S 16

17 BHKW und saisonale Speicherung Variation von BHKW-Leistung und Speichergröße S 17

18 Jahressimulation Nahwärmenetz mit BHKW 350 kw und Wärmespeicher m³ Heizlastkurve in [W] Temperaturverlauf Wärmespeicher in [ C] S 18

19 Wärmespeicher Biogasanlage mit BHKW Intervallbetrieb BHKW S 19

20 Intervallbetrieb BHKW Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Intervallbetrieb, stromgeführt 390 kw therm. Motorleistung 100% Einschaltdauer 620 kw therm. Motorleistung 60% Einschaltdauer BHKW 4h Nachts von 23:00-3:00 ausgeschaltet BHKW 48h am Wochenende (Sa, So) ausgeschaltet Wärmespeicher m³ maximale Heizleistung Nahwärmenetz ca. 700 kw S 20

21 Intervallbetrieb BHKW Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Montag, 23:00 Uhr Montag, 3:00 Uhr Dienstag, 3:00 Uhr S 21

22 Regelbetrieb BHKW Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Leistungskurve elektrisch BHKW 1.400kW Werktags, 00:00-24:00 Uhr S 22

23 Regelbetrieb BHKW Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Strompreistabelle Werktags, 00:00-24:00 Uhr Leistung installiert 1.400kW elektrisch S 23

24 Intervallbetrieb / Regelbetrieb Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Wärmespeicher ermöglicht Intervallbetrieb/Regelbetrieb ohne Einfluss auf die Vorlauftemperatur für das Nahwärmenetz ohne Einfluss auf die gesamte jährliche Heizleistung (ca MWh) Speichertemperatur sinkt am Wochenende um nur 2-3 Kelvin Speichertemperatur steigt Mo-Fr wieder um 2-3 Kelvin wärmegeführter Betrieb nur an wenigen Tagen im Feb und März (Speichertemperatur zu gering für Vorlauftemperatur) Verzicht auf Ergänzung durch ein Hackschnitzel-Heizwerk Überbrückung der Wärmeversorgung durch die gespeicherte Wärme für 1-2 Wochen möglich S 24

25 Gegenüberstellung Wärmespeicher Hackschnitzelheizwerk Hackschnitzelheizwerk hat sehr wenig Vollaststunden kwh Energie aus Hackschnitzelheizwerk ca. 12ct (heute) in Gesamtbetrachtung Hackschnitzelheizwerk teurer als Wärmespeicher keine weiterer Brennstoff bei Wärmespeicher erforderlich Leistung Hackschnitzelheizwerk ohne BHKW nicht ausreichend Leistung Speicher kann auch kpl. Betriebsunterbrechungen überbrücken S 25

26 Wärmespeicher Wärmespeicher Eigenschaften, Bauweise S 26

27 Wärmespeicher cupasol GmbH Eigenschaften besondere Eigenschaften des Langzeit-Energiespeichers Speichermedium Wasser druckloser Betrieb zylindrische Bauform Speichertemperatur bis ca. 95 C allseitig isoliert oberirdisch, freistehend geschlossenes System, Wasser bleibt im Speicher Wärmetauscher für Be- und Entladung der Wärmeenergie beliebige Größen von 500m³ bis 5.000m³ oder mehr realisierbar S 27

28 Wärmespeicher cupasol GmbH Bauweise Dichtschicht Deckel, Dämmung PU, EPS Stahlbeton Fassade Erdwall Drainage Stahlbeton Schaumglasschotter Dämmung PU, EPS S 28

29 Wärmespeicher - Größe Vergleich verschiedener Speichergrößen Energieverlust und Speichergröße Annahme: gleiche Dämmung, gleicher U-Wert der Wärmeverlust findet nur über die Oberfläche statt Speicher Volumen in m³ Oberfläche in m² Quotient aus Oberfläche/Volumen 1 6 6, , , ,33 S 29

30 Wärmespeicher Wärmespeicher Betrachtung der Wirtschaftlichkeit S 30

31 Wirtschaftlichkeitsberechnung BHKW 350 kw thermisch, Wärmespeicher m³ Vergleichsvariante 1 Nachwärmenetz ohne Großspeicher BHKW 350 kw kleiner Pufferspeicher 80 m³ für Spitzenlast MWh/Jahr Wärmeabgabe am Verbraucher Vergleichsvariante 2 erweitertes Nachwärmenetz mit Großspeicher BHKW 350 kw großer Wärmespeicher m³ MWh/Jahr Wärmeabgabe am Verbraucher Fermenterheitzung 60 kw bereits berücksichtigt; ca. 500MWh/ Jahr Vergütung für Strom bleibt konstant bei stetig steigenden Biogaserzeugungskosten. Der Wärmeerlös steigt jährlich im Rahmen der durchschnittlichen Energiepreissteigerung. Zukünftiger Betrieb für bedarfsgerechte Stromerzeugung (Regelenergie) kann mit einem großen Speicher sehr gut realisiert werden. S 31

32 Wirtschaftlichkeitsberechnung BHKW 350 kw thermisch, Wärmespeicher m³ umsetzbare Wärmeenergie nach Abzug aller Verluste geschätzte Investitionen Nahwärmenetz ohne Großspeicher ca kwh kleiner Pufferspeicher mit 80 m³: /. KfW Zuschuss 30%: Investition Pufferspeicher: Investition Nahwärmenetz ca m: Nahwärmenetz mit Großspeicher ca kwh großer Saisonalspeicher m³: /. KfW Zuschuss 30%: Investition Pufferspeicher: Investition Nahwärmenetz ca m: Summe Investition: Summe Investition: KWK Vergütung für Wärmeverluste im Nahwärmenetz KWK Vergütung für verkaufte Wärmemenge an Endkunden Netz : kwh x 0,03 = kwh x 0,03 = Netz: kwh x 0,03 = kwh x 0,03 = Umsatz Arbeitspreis 4,462 ct/kwh kwh x 0,0462 = kwh x 0,0462 = Betriebskosten./. Wartung: 0./. Wartungsvertrag Wärmespeicher: jährlichr Umsatz durch Wärmenutzung = = jährliche Mehr-Einnahmen durch Wärmespeicher S 32

33 Amortisation Wärmespeicher m³ für BHKW 350 kw thermisch, incl. Netzvergrößerung S 33

34 Förderung Marktanreizprogramm KfW (Auszug aus dem Gesamtprogramm) Übersicht aktuelle Förderkonditionen KfW (Stand Aug 2012) Themen Solar, Nahwärme und Wärmespeicherung Hinweis: der Förderantrag ist vom Auftraggeber vor Auftragsvergabe zu stellen Stichwort: Erneuerbare Energien Premium oder Innovationsförderung S 34

35 Langzeit-Energiespeicher Nutzen für den Betreiber finanzieller Gewinn durch einen höheren Wirkungsgrad der Gesamtanlage den Verkauf größerer Energiemengen staatliche Förderung ökologisches Image durch Verzicht auf fossile Brennstoffe zur Ergänzung Verringerung der Umweltbelastung umweltfreundliches Speichermedium wirtschaftliche Unabhängigkeit von Energielieferanten steigenden Energiepreisen Inflation Sicherheit durch Abdeckung von Spitzenlasten und Wartungsintervallen Wartungsvertrag und elektronische Überwachung der Anlage exakte Vorausberechenbarkeit der Betriebskosten S 35

36 Nutzen für den Betreiber, ökologischer und ökonomischer Nutzen ökologischer Nutzen Steigerung des thermischen Wirkungsgrades des BHKW Steigerung des gesamten Wirkungsgrades des BHKW keine zusätzliche Biomasse erforderlich ökonomischer Nutzen Erzielung von zusätzlichem Umsatz und Gewinn aus Wärmeverkauf jährlich steigende Erlöse durch Wärmepreissteigerung (im Ggs. Zur konstanten Einspeisevergütung bei Strom) sehr geringer zusätzlicher betriebsgebundener Aufwand (Betriebskosten, Arbeitsaufwand) S 36

37 Impressionen aus unserem Designwettbewerb Christoph Sommer Gabionenwand S 37

38 Impressionen aus unserem Designwettbewerb Samy Aouchta farbige Holzstäbe S 38

39 Schlussbemerkung großvolumige Wärmespeicher stellen eine ökologisch und ökonomisch optimale Ergänzung für Blockheizkraftwerke dar. Im Intervall- oder Regelbetrieb des BHKW bleibt die Wärmeversorgung durch den großen Wärmespeicher gesichert. S 39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. S 40

41 cupasol GmbH Bahnhofstraße Ravensburg Tel: Fax: Internet: S 41