Energieeffizienz durch Abwärmenutzung Praxisbeispiele. - Ökoprofit Workshop -

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1 Energieeffizienz durch Abwärmenutzung Praxisbeispiele - Ökoprofit Workshop - FAMIS GmbH Preußenstraße Saarbrücken Jan Fehlhaber

2 Agenda Kurvorstellung der FAMIS GmbH Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK) Wärmerückgewinnung aus Produktionsprozessen Wärmerückgewinnung aus Lüftungsanlagen 2

3 Zahlen. Daten. Fakten. 3 Gründung: 1998 Stammkapital: 4,2 Mio. Energiedienstleistungen Ingenieurdienstleistungen Gebäudetechnik & Service Mitarbeiter (Stand 2014) Gebäudetechnik Umsatz (Stand 2014) rd. 60 Mio. Betreuung dez. Energieanlagen: 400 St. Gebäudedienste Energiecontrolling: für 60 Unternehmen Gebäudedienste Objekte in technischer und infrastruktureller Betreuung: ca. 200 Facility Management im Krankenhaus

4 Zahlen. Daten. Fakten. 4

5 Verknüpfung von Planung und Betrieb Kostenbeeinflussbarkeit ist in der Planungsphase am größten Anlagenerfahrungen nehmen mit der Betriebsphase kontinuierlich zu Nutzung der Erfahrungen der Betriebsphase in Planungsprozess Planungsphase Betriebsphase Summe der anlagenspez. Erfahrungen Konzeption Planung Bau Inbetriebnahme, Betrieb Stilllegung Systematische Erfahrungsrückführung Berücksichtigung von Erfahrungen der Nutzungsphase Konzentration der anlagenspez. Erfahrungen Planungsphase Betriebsphase Konzeption, Planung, Bau, Inbetriebnahme, Betrieb, Stilllegung Erfahrungsrückführung als besonderer Wettbewerbsvorteil 5

6 6 Ver Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen

7 Funktionsweise BHKW-Anlage 7 Verbrennungsmotor treibt einen Generator zur Stromerzeugung an Die anfallende Abwärme im Motorkühlkreislauf und Abgas werden ausgekoppelt und bspw. an ein Heizsystem übergeben Die gekoppelte Erzeugung ermöglicht hohe Gesamtwirkungsgrade

8 Strompreisentwicklung Preissteigerung beim Strompreis in den letzten 15 Jahren zwischen 48 und 65% 8

9 Strompreiszusammensetzung Die Strompreiserhöhung ist auf gestiegene Abgaben zurück zuführen

10 Strompreiszusammensetzung 2016 Eigenstromerzeugung bietet hohes Einsparpotenzial (bis ca. 50% bei den Stromgestehungskosten) aufgrund von Abgabenvermeidung 10

11 Gaspreisentwicklung Quelle: EEX Terminmarkt (NCG) Abruf am

12 Fördermechanismus KWKG 2016 Förderung in Kundenanlagen nur Für Anlagen bis 100 kw Für Contractoren (deutlich geringere Sätze) Für Stromkostenintensive Unternehmen Es gilt allerdings 2 KWKG 2016 zu beachten 12

13 Fördermechanismus KWKG 2016 Vergütung nach KWKG 2016 Definition Vollbenutzungsstunden ( 2) Vollbenutzungsstunden = Nettostromerzeugung pro Jahr maximale Nettostromerzeugung pro Stunde BHKW 175 kw el Bh/a Eigennutzung Einspeisung Nicht gewertet da nicht zuschlagsberechtigt 525 MWh / 175 kw = Vbh Förderung nach KWKG 2016: 75 kw * Vbh * 7,3 ct/kwh = 165 T (in 10 Jahren) Vergleich Auslegung Anlage auf 100 kw (Förderung für Eigenstrom): 100 kw * Vbh * 3,5 ct/kwh = 105 T (in 4,3 Jahren) Vergleich KWKG 2012: 175 kw * Vbh * 4,4 ct/kwh = 231 T 13

14 Wirtschaftliche Einflussfaktoren Strompreis Gaspreis Laufzeit des BHKW Je höher der Strompreis, desto wirtschaftlicher wird das BHKW (Stromverdrängung durch Eigenerzeugung) -> Tendenz steigend! Je niedriger der Gaspreis, desto wirtschaftlicher wird das BHKW (Brennstoffkosten für das BHKW) -> Tendenz-fallend bis gleichbleibend! Je länger die Laufzeit, desto wirtschaftlicher wird das BHKW -> wesentl. Erfolgsfaktor! positive Entwicklung für wirtschaftliche Rahmenbedingungen von BHKW-Anlagen 14

15 15 BHKW-Auslegung (Beispiel) Elektrische Grundlast beträgt ca. 180 kw

16 BHKW-Auslegung (Beispiel) Modulauswahl ergibt sich aus Simulation unter Berücksichtigung des Strom- und Wärmeprofils sowie der Laufzeit der BHKW-Anlage 16

17 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (Beispiel) Ohne BHKW Stromkosten Fremdbezug 401 T /a MWh/a zu 150 /MWh (netto) Wärme (Erdgas) 196 T /a MWh/a zu 35 /MWh (netto) Mit BHKW Stromkosten Fremdbezug 109 T /a 724 MWh/a zu 150 /MWh (brutto) Anteilige EEG-Abgabe 42 T /a MWh/a zu 25,4 /MWh zusätzl. Brennstoff für BHKW 177 T /a MWh/a zu 35 /MWh (netto) Restbezug Wärme (Erdgas) 110 T /a MWh/a zu 35 /MWh (netto) Annuität, Betriebskosten, Sonstiges 114 T /a Summe Kosten 597 T /a Bsp. Strombedarf: MWh/a, Wärmebedarf: MWh/a BHKW-Modul: 250 kw el, 268 kw th, 589 kw Hi, Laufzeit h/a Betrachtungsdauer: 10 Jahre 1) Einspeisung mit EEX Baseload (ca. 32 /MWh) vergütet 2) KWK Bonus wird aufgrund der hohen Eigenstromquote über 20 Jahre gewährt Summe Kosten 552 T /a Ersparnis 45 T /a Stromeinspeisung 10 T /a 1) KWK-Bonus 23 T /a 2) EnStRück 28 T /a Gesamt-Ersparnis 106 T /a 17

18 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (Beispiel) Amortisationszeit (dynamisch): kleiner 4 Jahre Kumulierter Barwert (nach 10 Jahren): ca. 524 T Interner Zinsfuß: ca. 25% Zeitpunkt der Amortisation Darstellung berücksichtigt keine Energiepreissteigerungen steigende Strompreise erhöhen den Einspareffekt 18

19 Primärenergieeinsparung (Beispiel) Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung Konventionelle Erzeugung Wärmeverbraucher Kraftwerk Kraftwerk BHKW Stromverbraucher Kessel Kessel Summe Verluste ca MWh/a Summe Verluste ca MWh/a Durch den Einsatz hocheffizienter KWK können ca MWh/a Primärenergie eingespart werden dies entspricht ca. 540 Tonnen CO 2 -Äquivalenten 19

20 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Funktionsprinzip 1. Im Austreiber befindet sich Wasser (Kältemittel) und eine Salz- Lithiumbromidlösung Durch externe Wärmezufuhr (BHKW) wird das Wasser verdampft 2. Im Kondensator wird dem Wasserdampf Wärme entzogen 3. Im Verdampfer kann das Wasser bei niedrigem Druck bei geringen Temperaturen verdampfen 4. Im Absorber wird das Kältemittel unter Wärmeabgabe im Salz gelöst Aus (Ab)Wärme wird Kälte 20

21 KWKK-Auslegung (Beispiel) 650 kw Wärme Absorber aus kw Wärme 300 kw Kälte 100 kw Wärme 385 kw Kälte 220 kw Wärme 300 kw Kälte kw Wärme Absorber aus Absorber in Teillast Absorber in Vollllast Absorber in Teillast Grundlast ca. 650 kw th KWKK-Prozesse ermöglichen BHKW Einsatz auch bei geringeren thermischer Grundlast Der Stromverbrauch wird durch den Ersatz von Kompressionskälte zusätzlich gesenkt Typische Anwendungsfelder: Rechenzentren, Lebensmittelindustrie, Krankenhäuser 21

22 Strommarkt 2.0 Was wird angestrebt? Erneuerbaren Energien sollen fossile Brennstoffe ersetzen Garantie der freien Preisbildung für Strom Preissignale bei Stromüberschuss soll Verbraucherverhalten steuern Was heißt das? Neue Anreize für Wärmepumpen entstehen Zusätzliche Anreize für Lastmanagement und Speichereinsatz Zusätzlich Anreize für Flexibilität bei BHKW Einsatz 22

23 Zusatzerlöse aus Regelenergie 23

24 24 BHKW Fahrweise (Beispiel Krankenhaus) BHKW-Anlage kann fast ganzjährig zur negativen Regelenergievermarktung genutzt werden

25 25 Zusatzerlöse aus Regelenergie (neg. SRL) Jährliche Erlösabschätzung für die Leistungsvorhaltung von negativer Sekundärregelleistung (Basis bis ) HT: ca /MW* NT: ca /MW* jährliches Erlöspotenzial LP je 1 MW: ca /MW * Unter Berücksichtigung einer Reserve Jährliche Erlösabschätzung AP für Abrufe Arbeitspreis SRL: Abrufzeit / Jahr: 5 h 480 /MWh /MW Abrufzeit / Jahr: 40 h 120 /MWh /MW jährliches Erlöspotenzial für abrufinteressierte Anlagen ist nach Feststellung der jeweiligen Grenzkosten zu ermitteln ca. 24 T /MW an zusätzlichen Erlösen für Bestandsanlagen möglich

26 Zusammenfassung Vorteile KWK 26 Hohe Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie Vermeidung von Steuern und Abgaben des im BHKW erzeugten Strom (60 % der EEG-Abgabe, StromSt, Umsatzsteuer, sonstige Abgaben) Vermeidung von Netzentgelten KWK-Zuschlag für die ersten Benutzungsstunden (Höhe und Dauer des Zuschlags sind abhängig von Anlagengröße und Einspeisequote) Rückerstattung der Erdgassteuer für das im BHKW eingesetzte Erdgas (5,5 /MWh) Möglichkeit der flexiblen Fahrweise von BHKW-Anlagen ermöglicht wirtschaftliche Optimierung im Betrieb bei veränderten Rahmenbedingungen Staatliche Förderung des Ausbaus von KWK-Anlagen steigert Attraktivität der Eigenerzeugung zusätzlich

27 27 Abwärmenutzung aus Produktionsprozessen (Praxisbeispiel)

28 Projektbeschreibung 28 Im Zuge eines Energieeffizienzcheck durch FAMIS wurden Energieeinsparpotenziale durch Wärmerückgewinnung an 4 Produktionsöfen ermittelt Bei den Öfen wird im letzten Ofenviertel die bereits gebrannte Ware mittels Schubventilatoren durch Außenluftansaugung von ca. 250 Grad Celsius auf ca. 50 Grad Celsius abgekühlt Ursprünglich wurde diese Wärme mittels Ablüfter ausgeblasen Zur Ermittlung des Wärmerückgewinnungspotenzials wurden umfangreiche Messungen durchgeführt Diese ergaben ein Wärmerückgewinnungspotenzial von ca kw th Auslegungsgröße der WRG-Anlage: kw th Geschätzte Investitionskosten: ca. 465 T (netto) Prognostizierte Einsparung: ca. 150 T /a Prognostizierte Amortisationsdauer: 3,1 Jahre

29 Anlagenschaltbild (1) 29

30 Anlagenschaltbild (2) 30

31 WRG-Anlage in Produktionshalle 31

32 32 Projekt Resümee (nach 1 Betriebsjahr) Erdgaseinsparung von MWh/a Dies entspricht ca. 86% des Verbrauchs des Basisjahres

33 33 Projekt Resümee (nach 1 Betriebsjahr) Investitionskosten: 478 T netto (ca. 3 % über Kostenschätzung) Jahres Heizenergie Basisjahr (GTZ bereinigt): MWh/a 195 T /a Jahres Heizenergie nach Installation WRG (GTZ bereinigt): 780 MWh/a 27 T /a Einsparung Heizenergie durch WRG: MWh/a 168 T /a Mehrkosten WRG-Anlage für Betriebsführung und Strom: 20 T /a Summe der Einsparungen (vor Kapitaldienst): 148 T /a (Prognose 150 T /a) Statische Amortisationszeit: ca. 3,2 Jahre Interner Zinsfuß (15 Jahre): ca. 30%

34 34 Abwärmenutzung aus Lüftungsanlagen (Praxisbeispiel)

35 IST-Analyse 35 Energetische Überprüfung der RLT-Anlagen in einem Krankenhaus ergab: Defekte Volumenstromregler Unzureichende Luftversorgung in vielen Bereichen (kein Luftabgleich) KV-System defekt Folgeuntersuchungen Ermittlung und Abgleich der Soll Luftmengen nach DIN Messung der vorhandenen Luftvolumenströme an den Zentralgeräten

36 Ergebnisse und Projektmaßnahmen Betrachtung der Lufthygiene Soll Luftmenge bei Errichtung des Gebäudes 1987: ~ m³/h ( nach alter DIN ) Soll Luftmengen berechnet nach neuer DIN : m³/h Gemessene Ist Luftmenge: ~ m³/h Sollwertunterschreitung Maßnahme Demontage / Entsorgung der bestehenden WRG- Heizregister bei allen Zu- und Abluftgeräten Einsatz einer Hochleistungs- Wärmerückgewinnungsanlage als KV-System Geschätzte Investitionskosten: ~ 2 Mio. EURO (brutto) Prognostizierte Einsparungen (vor Kapitaldienst): ~ 280 T /a Prognostizierte Amortisationszeit: 7,1 Jahre Geplante Projektdauer (Planung bis Inbetriebnahme): 14 Monate 36

37 Kostenbetrachtung Fernwärme 37

38 Kostenbetrachtung Gesamtluftmenge 38 Erhöhung der Gesamtluftleistung gem. aktuellen hygienischen Anforderungen von m³/h auf m³/h Reduzierung der spezifischen Wärmekosten (bezogen auf die bewegten Luftmengen) um 55 %

39 Projekt Resümee nach 1 Betriebsjahr 39 Investitionskosten: T brutto (ca. 2 % unter Kostenschätzung) Jahres Heizenergie Basisjahr (GTZ bereinigt, mit Luftvolumenstromkorrektur): MWh/a 621 T /a Jahres Heizenergie nach Sanierung (GTZ bereinigt): MWh/a 319 T /a Einsparung Heizenergie durch WRG: MWh/a 303 T /a (monetär ca. 12% über Prognose aufgrund gestiegener spezifischer Fernwärmekosten) Zusätzliche Einsparung Hilfsenergie (Rückkühlung): 102 MWh/a 10 T /a Summe der Einsparungen (vor Kapitaldienst): MWh/a 313 T /a Statische Amortisationszeit: 6,3 Jahre Interner Zinsfuß (15 Jahre): 14%

40 Ihre Ansprechpartner: FAMIS vertrauensvoll, zuverlässig, leistungsstark Projektmanagement Jan Fehlhaber Telefon FAMIS Gesellschaft für Facility Management und Industrieservice mbh Hauptsitz der Gesellschaft Preußenstraße 19 T Saarbrücken T Telefon TTelefax