Kraft-Wärme-Kälte Kopplung

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1 Kraft-Wärme-Kälte Kopplung ökologische und ökonomische Aspekte vorgestellt durch Marco Henning M.Sc., Dipl.-Ing (FH) Tel. 0201/ Mobil 0162/ Vertriebsleiter HVAC Klima- & Kaltwassersysteme Deutschland * Österreich * Schweiz

2 Kraft-Wärme-Kälte Kopplung ökologische und ökonomische Aspekte Inhalte/ Agenda 1. KWKK-Grundprinzip Zusammenspiel der Komponenten von KWKK-Systemen 2. Betrachtung einer KWKK-Gesamt-Anlage (Kurzfassung) 3. Fazit

3 Kraft-Wärme-Kälte Kopplung ökologische und ökonomische Aspekte Inhalte/ Agenda 1. KWKK-Grundprinzip Zusammenspiel der Komponenten von KWKK-Systemen 2. Betrachtung einer KWKK-Gesamt-Anlage (Kurzfassung) 3. Fazit

4 KWKK-Grundprinzip elektr. Gasbezug elektr. Strom Strom Wärme aus Gebäude (Kühllast) BHKW Verluste & Abgas Heizwärme Absorber Abwärme Flüssigkeitskühler Rückkühlsystem

5 KWKK-Grundprinzip Das Blockheizkraftwerk (Gesamtwirkungsgrad 80-90%) 100% Erdgas (bezogen auf HU) Stromauskopplung 30-40% (je nach Modul) Wärmeauskopplung 50-60% (je nach Modul) Großer Vorteil: Nutzung der thermischen und mechanischen Arbeitsfähigkeit (Exergie) des Gases

6 KWKK-Grundprinzip Der mit Warmwasser beheizte Absorber (Kälteleistung je Absorber: 18 bis kw) Wärmeauskopplung aus BHKW Wärme aus Kühllast Gebäude Wärme-Verluste ca. 3% Elektr. Strom < 10kW Abwärme an Kühltürme ca. 2,5-fach der Kühllast Großer Vorteil: Nutzung der vorhanden Abwärme des BHKW, elektr. Leistung <10kW

7 Absorptions-Flüssigkeitskühler u. KWKK-Grundprinzip Der (Hybrid-) Rückkühler Abwärme an Kühltürme aus Absorber Elektr. Strom Wasser aus Aufbereitung zur adiabaten Kühlung (an ca. 45Tage/ Jahr erforderl.) Großer Vorteil: geringer Wasserverbrauch und elektr. Leistungsaufnahme

8 Kraft-Wärme-Kälte Kopplung ökologische und ökonomische Aspekte Inhalte/ Agenda 1. KWKK-Grundprinzip Zusammenspiel der Komponenten von KWKK-Systemen 2. Betrachtung einer KWKK-Gesamt-Anlage (Kurzfassung) 3. Fazit

9 Grunddaten des Gebäudes Rechenzentrum mit 450m² Nutzfläche am Standort Hannover Betriebszeit an Stunden pro Jahr durchschnittliche elektrische Leitungsaufnahme (ohne Kälteerzeugung) 324kW Spitzenlast Kühlung im Sommer 345 kw, im Winter 250 kw Kühlbedarf MWh/a Kaltwassernetz 6/12 C zur Versorgung von Lüftungsanlage, EDV-Klimaschränke Notbeheizung im Winter erforderlich (Störfall)

10 Wie ist die wirtschaftliche & ökologische Bewertung aufgebaut? 1. Definition eines Gebäudes in einer Bilanzhülle Bilanzhülle 2. Definition der Versorgungsanforderungen an Strom & Kälte Gesamtkosten CO2 3. Darstellen der benötigten Medien jährlich dynamisiert kumuliert über 10 Jahre Rechenzentrum 4. mögliche Konzepte mit Varianten darstellen 5. Bewertung der Gestehungs- u. Betriebskosten Strom System-Lösung Bedarf an: A1 System-Lösung Strom A2 6. Bewertung der jeweiligen Gesamtkosten jährlich kumuliert 7. Bewertung des CO2-Äquivalent in Tonnen pro Jahr Gas Wasser Kälte System-Lösung B1 System-Lösung B2 *Förderung nach KWK-Gesetzt 2009/ ohne Inanspruchnahme der BAFA-Förderung (Kälte-Impuls-Programm)

11 2 Grundkonzepte jeweils 2 Varianten Konzept A: mit BHKW-Technik & Absorber (KWKK) A1: BHKW + Absorber + Hybridkühler mit Wasseraufbereitung + Einbindung Freikühlung A2: BHKW + Absorber + Hybridkühler mit Wasseraufbereitung Konzept B: mit konventioneller Kältetechnik und Strombezug aus dem Netz B1: Scroll-Kältemaschine +Trockenkühler + Einbindung Freikühlung B2: Turbo-Kältemaschine + Hybridkühler mit Wasseraufbereitung + Einbindung Freikühlung

12 Rechenzentrum elektr. Wärme aus Rechenzentrum Strom BHKW elektr. Strom Verluste & Abgas Gasbezug Heizwärme Absorber Abwärme Absorber Freikühlung bei kühlen Außentemperaturen (direkt vom Gebäude an Rückkühler) Rückkühlsystem Variante A1

13 Rechenzentrum elektr. Strom Wärme aus Rechenzentrum elektr. Strom Absorber BHKW Gasbezug Heizwärme Verluste & Abgas Abwärme Absorber Rückkühlsystem Variante A2

14 Rechenzentrum Wärme aus Rechenzentrum elektr. Strom EVU Abwärme Kompressionskältemaschine Kompressionskälte Freikühlung bei kühlen Außentemperaturen (direkt vom Gebäude an Rückkühler) Rückkühlsystem Variante B1+B2

15 Kapitalkosten als Annuitäten Variante A1 Variante A2 Variante B1 Variante B2 Absorber + BHKW + Freikühlung Absorber + BHKW Kompression Scroll + Freikühlung B2: Turbo + Freikühlung Tilgungszeitraum 6 Jahre 6 Jahre 6 Jahre 6 Jahre Zinssatz 4,7 % 4,7 % 4,7 % 4,7 % Investitionssumme Annuitätsfaktor 0,195 0,195 0,195 0,195 Errechnete Annuität

16 Betriebskosten Variante A1 Variante A2 Variante B1 Variante B2 der Varianten Absorber + BHKW + Absorber + BHKW Kompression Scroll + B2: Turbo + Freikühlung Freikühlung Freikühlung Strombezugskosten /MWh /MWh /MWh /MWh Teuerungsrate Strom 4,0 %/a 4,0 %/a 4,0 %/a 4,0 %/a Gasbezugskosten 53.- /MWh 53.- /MWh 53.- /MWh 53.- /MWh Teuerungsrate Gas 4,0 %/a 4,0 %/a 4,0 %/a 4,0 %/a Wartung & Instandhaltung Fremdbezug Strom gesamt Fremdbezug Gas Fremdbezug Wasser Energiekosten Fremdbezug KWK-Bonus/ Energiesteuer Energiekosten gesamt Betriebskosten gesamt (im ersten Jahr)

17 Betriebsstunden pro Jahr A1: Absorber + BHKW + Freikühlung A2: Absorber + BHKW B1: Kompression Scroll + Freikühlung B2: Turbo + Freikühlung BHKW Kälteerzeuger Freikühlung

18 Verteilung Energieanteile Strom pro Jahr Selbstnutzung BHKW-Strom 13% 31% Einspeisung BHKW-Strom Fremdbezug 11% A1: Absorber + BHKW + Freikühlung 0% 0% A2: Absorber + BHKW 61% 8% 76% B1+2: Konventionelle Kältetechnik 100%

19 Vollständige Tilgung der Kapitalkosten im 6. Jahr Zunehmende Wirtschaftlichkeit ab dem 6. Jahr Konzept A schon ab dem 1. Jahr wirtschaftlich! Ende KWK-Bonus >50kW 21.- /MWh Kosteneinsparung nach 6 Jahren (B1-A1): ca (!!) *Förderung nach KWK-Gesetzt 2009/ ohne Inanspruchnahme der BAFA-Förderung (Kälte-Impuls-Programm)

20 CO2-Äqui bezieht sich auf die Stromversorgung des gesamten Rechenzentrums

21 Kraft-Wärme-Kälte Kopplung ökologische und ökonomische Aspekte Inhalte/ Agenda 1. KWKK-Grundprinzip Zusammenspiel der Komponenten von KWKK-Systemen 2. Betrachtung einer KWKK-Gesamt-Anlage (Kurzfassung) 3. Fazit

22 Fazit zu KWKK-Systemen etablierte Technologien der Komponenten von KWKK-Systemen verfügbar Verbesserungspotentiale bei allen Komponenten gegeben (COP, Stromkennzahl etc.) vsl. verbesserte KWK-Vergütungen ab 2012 möglich zukünftig höheres CO2-Einsparpotential durch KWKK-Systeme als konventionell KWKK trotz hoher Investitionskosten bei entsprechender Laufzeit wirtschaftlich sehr interessant BAFA Förderung positiv für Projekte mit geringerer jährlicher Betriebsdauer Laufzeit von Absorptionsflüssigkeitskühlern > 20 Jahren bedeutet reduziert Kosten für Neubeschaffung gegenüber Kompressionskälteanlagen CO2-Äquivalent von KWK(K)-Systemen um mindestens 50% gegenüber Netzbezug reduziert und besser als Kompress Marktanteil von Absorptionsflüssigkeitskühlern in Deutschland <10%, damit Wachstumschancen dieses Segments

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! vorgestellt durch Marco Henning M.Sc., Dipl.-Ing (FH) Tel. 0201/ Mobil 0162/ Vertriebsleiter HVAC Klima- & Kaltwassersysteme Deutschland * Österreich * Schweiz

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