FKT Kälteerzeugung im Krankenhaus

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1 Kälteerzeugung im Krankenhaus Ist der Einsatz einer Absorptionskältemaschine in Verbindung mit einem BHKW wirtschaftlich? Stefan Bolle GASAG Contracting GmbH Im Teelbruch Essen Tel Fax

2 Überlegung zur Optimierung der BHKW Auslegung und Laufzeit der Maschine durch den Einsatz einer Absorptionskältemaschine (AKM) Ziel: Möglichst hohe Laufzeit des BHKW und daraus resultierende Stromerzeugung Problem: Geringer Wärmebedarf des Hauses im Sommer Idee: Kälteproduktion aus BHKW-Wärme

3 Funktionsprinzip Kompressionskältemaschine (KKM) Im Falle einer konventionellen Kompressionskältemaschine wird ein mechanischer Kompressor dazu verwendet das bei niedrigem Druck verdampfte (1) Kältemittel auf einen höheren Druck zu verdichten (2). Dem gasförmigen und verdichteten Kältemittel wird anschließend im Kondensator so viel Wärme entzogen, bis die Kondensationstemperatur des Kältemittels erreicht ist und sich dieses verflüssigt (3). In der Expansionsdrossel wird das flüssige Kondensat auf den Niederdruck entspannt (4) und anschließend in den Verdampfer geleitet um dort erneut zu verdampfen (1).

4 Funktionsprinzip Kompressionskältemaschine (AKM) Bei einer Absorptionskälteanlage, wird der Kompressor durch ein Lösungskreislauf ersetzt. Nachdem das flüssige Ammoniak verdampft (1) ist, wird dieses Gas in dem Absorber in einer Ammoniak-Wasser Lösung gebunden (2). Anschließend wird diese Lösung mit Hilfe einer Flüssigkeitspumpe auf den Hochdruck gepumpt. Da Flüssigkeit sich praktisch nicht komprimieren läßt ist der energetische Aufwand ein Bruchteil von dem eines Kompressors, der Gas mechanisch komprimiert. Nachdem die Lösung auf den Hochdruck gebracht wurde, wird diese in im Generator ausgekocht und so reines Ammoniak Hochdruckgas erzeugt. Die Schritte (3) und (4) sind wieder identisch zum Kompressionskreislauf.

5 Kälteleistung einer AKM in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur Kälteleistung und COP einer AKM steigt mit Erhöhung der Antriebstemperatur. Dadurch Einsatz eines sogenannten heißgekühlten BHKW notwendig, da Rücklauftemperatur in BHKW > 70 Ergebnis: Wirkungsgrad des BHKW sinkt!

6 Entstehung Wärmepreis Erdgas Kessel Erdgas Wirkungsgrad Kessel η = 88% Umrechnungsfaktor Brennwert in Heizwert H s /H i = 0,903 Wärme 4,00 5,03 Cent/kWh Hs Cent/kWh Beispielrechnung: Gaspreis: 4,0 Cent/kWh Hs Wärmepreis = 4,0 0,903 0,88 = 4,03 Cent/kWh Hs

7 Entstehung Kältepreis Kompressionskältemaschine Kompressionskältemaschine Strom 18,0 Cent/kWh Wirkungsgrad Kälteanlage COP = 3 Kälte 6,0 Cent/kWh Beispielrechnung: Strompreis: 18,0 Cent/kWh Kältepreis = 18,0 3 = 6,0 Cent/kWh

8 Entstehung Kältepreis Absorptionskältemaschine Erdgas-BHKW Absorptioskältemaschine Erdgas 4,00 Cent/kWh Hs - 0,55 ct/kwh Energiesteuererstattung Wirkungsgrad BHKW η = 88% Umrechnungsfaktor Brennwert in Heizwert H s /H i = 0,903 Wärme / Heißwasser 4,34 Cent/kWh Wirkungsgrad Kälteanlage COP = 0,65 Kälte 6,67 Cent/kWh Beispielrechnung: Gaspreis: 4,0 Cent/kWh Hs Wärmepreis = (4,0-0,55) 0,903 0,88 = 4,34 Cent/kWh Hs Kältepreis = (4,0-0,55) 0,903 0,88 0,65 = 6, 67 Cent/kWh

9 Zwischenergebnis Der Kältepreis einer Absorptionskältemaschine ist höher als der einer konventionellen Kältemaschine Daher nie eine Absorptionskältemaschine mit Wärme aus einem Heizkessel betreiben Aber : Überprüfung des Vorteils aus der Mehrstromproduktion des BHKW

10 Monatliche Wärmeverteilung

11 Jahresganglinie ohne AKM-Wärme

12

13

14 Teilabdeckung durch AKM- Kälte mit ca. 200 kw Kälteleistung bei einem Gesamtkältebedarf von ca. 660 MWh/a

15 Monatliche Wärmeverteilung mit AKM-Wärme

16 Jahresganglinie mit AKM-Wärme Mehrlaufzeit durch AKM: h/a = 439,6 MWh/a BHKW-Strom

17 Wärmeverteilung mit AKM-Wärme

18

19 Vollkostenvergleich Prognose 2013 (brutto) Ist-Zustand BHKW Konzept ohne AKM (10 Jahre) Wärmekosten ,-- /a Wärmekosten ,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 5,99 ct/kwh) ( kwh / Arbeitspreis 5,99 ct/kwh) Stromkosten Netzbezug ,-- /a Stromkosten Netzbezug ,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 21,42 ct/kwh) ( kwh / Arbeitspreis 21,42 ct/kwh) Strom BHKW ,-- ( kwh / Arbeitspreis 5,63 ct/kwh) Energiekosten ,-- /a Energiekosten ,-- /a /a Anlagenwartung und Verbrauchsunabhängige Kosten Instandsetzung nach VDI ,-- /a BHKW ,-- /a Anlagenbedienung 0,-- /a Schornsteinfeger, Prüfungen etc. 0,-- /a Miete Aufstellfäche 0,-- /a Administrativer Aufwand Stromeinspeisung ,-- /a (Verwaltung, Abrechnung, Versicherung etc.) 0,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 5,06 ct/kwh) KWK-Zuschlag * ,-- /a * für Vollbenutzungsstunden gemäß 'KWK-Gesetz 2012 Vollkosten: ,-- /a Vollkosten: ,-- /a Vergleichsjahr: 2013 Vergleichsjahr: 2013 Ergebnis: Durch den Einsatz eines BHKW können die Vollkosten der Energieversorgung um /a reduziert werden

20 Effekte der Energiebilanz durch AKM Deckung von kwh Kälte durch AKM (63%) Reduzierung des Gesamtstrombedarf der Liegenschaft durch Verringerung Betriebsstrom der Kompressionskältemaschine in Höhe von ca kwh Gegenläufig zusätzlicher Betriebsstrombedarf der AKM in Höhe von ca kwh Erhöhung Wärmebedarf der Liegenschaft durch AKM in Höhe von kwh/a Zusätzliche Investition durch Einsatz AKM ca (brutto)

21 Vollkostenvergleich Prognose 2013 (brutto) Ist-Zustand BHKW Konzept mit AKM (10 Jahre) Wärmekosten ,-- /a Wärmekosten ,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 5,99 ct/kwh) ( kwh / Arbeitspreis 5,99 ct/kwh) Stromkosten Netzbezug ,-- /a Stromkosten Netzbezug ,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 21,42 ct/kwh) ( kwh / Arbeitspreis 21,42 ct/kwh) Strom BHKW ,-- ( kwh / Arbeitspreis 5,63 ct/kwh) Energiekosten ,-- /a Energiekosten ,-- /a /a Anlagenwartung und Jahreskosten Instandsetzung nach VDI ,-- /a Grundpreis Contracting ,-- /a Anlagenbedienung 0,-- /a Schornsteinfeger, Prüfungen etc. 0,-- /a Miete Aufstellfäche 0,-- /a Administrativer Aufwand Stromeinspeisung ,-- /a (Verwaltung, Abrechnung, Versicherung etc.) 0,-- /a ( kwh / Arbeitspreis 5,06 ct/kwh) KWK-Zuschlag * ,-- /a * für Vollbenutzungsstunden gemäß 'KWK-Gesetz 2012 Vollkosten: ,-- /a Vollkosten: ,-- /a Vergleichsjahr: 2013 Vergleichsjahr: 2013 Ergebnis: Durch den Einsatz eines BHKW und AKM können die Vollkosten der Energieversorgung um /a reduziert werden

22 Entwicklung der Einsparung über die Laufzeit (brutto)

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! GASAG Contracting GmbH Standort Berlin: Litfaß-Platz Berlin Tel Fax Standort Essen: Im Teelbruch Essen Tel Fax

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