Beispiele effizienter und umweltverträglicher. und Nutzung elektrischer Energie

Transkript

1 Beispiele effizienter und umweltverträglicher Bedarfsdeckung und Nutzung elektrischer Energie 1

2 Agenda 1. Aktuelle Situation 2. Steigerung regenerativer Eigenproduktion 3. Maximierung der Solarstromernte einer großen Photovoltaik-Anlage 4. Themen der vergangenen zehn Jahre (Auswahl) 5. Themen der kommenden Jahre (Auswahl)

3 Aktuelle Situation Versorgung mit Trinkwasser für ca. 3,4 Mill. Einwohnern [207 Mill. m³ je Jahr] Entsorgung des Abwassers von ca. 3,5 Mill. Einwohnern [232 Mill. m³ je Jahr] Elektrizität: 245 GWh/a ca. 850 Anschlüsse an zwei Verteilnetzen 41 GWh/a aus 5 BHKW-Anlagen davon 2 im Contracting 28 GWh/a aus Klärschlammverbrennung Erdgas: 44 GWh/a ca. 70 Anschlüsse Fernwärme: 16 GWh/a ca. 20 Anschlüsse Stand 12/2011 3

4 Aktuelle Situation Sechs Klärwerke, modern und leistungsfähig Künftig zehn Wasserwerke flexibel und sicher ca. 50 km 4

5 Steigerung regenerativer Eigenproduktion BEISPIEL: BHKW- Zentrale Klärwerk Waßmannsdorf 4 Magermixmotoren DEUTZ TGB 620 V16 install. Leistungen: Pel : 4 x 970 kw Pth : 4 x kw erreichte Vbh im Jahr 2000: < erreichte Vbh im Jahr 2002: [Vollbenutzungsstunden] erreichte Vbh im Jahr 2011: ersparbare Energiebezugskosten je Vbh 750 EUR durch intelligentes Betriebsmanagement erzielter Zusatzgewinn je Jahr: EUR momentan Modernisierung der Anlage; in Zukunft 3 oder 4 Magermixmotoren DEUTZ TCB 2020 V DEUTZ TGB 620 V16 (resultierend aus Steigerung der Faulgasproduktion) Problem: Abfallwärme von rund 20 GWh/a!! Noch nicht geklärt! Aber wir arbeiten daran! 5

6 Steigerung regenerativer Eigenproduktion FAULUNG Maximierung der Faulgasproduktion (nicht Thema dieses Vortrages) Einbringen weiterer biogener Stoffe in den Faulprozess abgewandelte Beschaltung der Faulungsreaktoren Optimierung des Umwälzprozesses

7 Steigerung regenerativer Eigenproduktion GASREINIGUNG ENTSCHWEFELUNG Betriebswasser Optimierungspunkt 1 Entschwefelung (Bioreaktor) Ziel: H 2 S Verbindungen < 30 ppm Analytik Messung H 2S im Rohgas Messung H 2S und O 2 im Reingas aller Reaktoren Messung ph-wert + Temperatur im Berieselungswasser Rückspülung mit Wasser-Luft-Gemisch neue Reaktortechnologie seit April in Betrieb 1 Reaktor in Reserve 1 2 7

8 Steigerung regenerativer Eigenproduktion GASSPEICHERUNG Optimierungspunkt 2 Speichermanagement Ziel: immer Faulgas für 90% Auslastung der Motore PLT fährt Last der Motoren automatisch nach Füllstand (siehe auch Motorenoptimierung) 1 Gasspeicher zum Puffern 2 3 8

9 Steigerung regenerativer Eigenproduktion NOTFACKEL GASVERDICHTUNG GASTROCKNUNG Optimierungspunkt 3 Waschtrockner + Nacherwärmung Ziel: reinigen + trocknen + Vorwärmung f. Motore 3 4 Prozesstechnologie Abkühlung auf 4 C, [Kondensation] Reerwärmung durch Abwärme der Kältemaschine rel. Feuchte 50-60% recycelte Abwärme 1 Reservegasverdichter Luft 9

10 Steigerung regenerativer Eigenproduktion SILOXANABSORBER Optimierungspunkt 4 Siloxanabscheidung Ziel: Siloxan entfernen + reinigen 4 5 Optimierung Beaufschlagung messtechnische Überwachung des Absorbers keine Parallel-, sondern Reihenschaltung der Filter (nach Durchbruch und Tausch des Primärfilters wird Reihenfolge getauscht) Erhöhung der Standzeiten 1 Reserveabscheider 10

11 Steigerung regenerativer Eigenproduktion STROM-/WÄRMEPRODUKTION Optimierungspunkt 5 Luft 5 Optimierung Fahrweise Motoren Regelgrößen: Faulgasanfall & Motorenleistung (Software regelt Leistung zwischen 70 und 100 %, 90%) Reduktion der Starthäufigkeit Optimierung Wartungsplan in Auswertung vieler zusätzlicher Messwerte (Brennraum, Zylinderkopf, Turbolader, Zündkerzen usw.) Reduktion Verschleiß Strom Wärme 11

12 Steigerung regenerativer Eigenproduktion FAZIT Auswahl der Technik - alle Prozesskomponenten betrachten! - solide, störungsarme, nicht billige Technik - Erfahrungen in Instandhaltungsmanagement übernehmen Redundanzen schaffen bei kleinen Anlagen unwirtschaftlich, hier zwingend! - Biogasreaktor, Gaszwischenspeicher, Reservegasverdichter usw. - Redundanzen für Optimierung der Fahrweise (Wechsel-, Kaskadenbetrieb), damit Senkung der Kosten, nutzen Prozessdatenmanagement - grundsätzlich unverzichtbar für Auswertung und Schlussfolgerungen, damit permanente Optimierung des Gesamtprozesses (z. B. Verkürzung des Wartungsintervalls f. Brennraumreinigung, Verlängerung der Standzeiten Zündkerzen usw.) - nicht so viel Messpunkte wie möglich, sondern die effizienzsteigernden finden und einrichten Betrieb/Wartung/Instandhaltung allgemein - regelmäßige Ölanalysen (optimale Ölstandzeiten) - kurze Zugriffszeit auf I- Personal (intern/extern) - gut ausgebildetes und motiviertes Schichtpersonal Ansprechpartner: Dipl.- Ing. Martin, Garz 030/ martin.garz@bwb.de 12

13 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Photovoltaik für die BWB? Rendite durch EEG- Vergütung fiskalische Abschreibungsmöglichkeit PV unterstützt Umweltschutzbemühen der BWB aktiver Beitrag zur CO 2 - Reduktion anteiliger eigener Stromproduzent Strom kann physikalisch fast komplett selbst genutzt werden Vielzahl von Betriebsgebäuden und Flächen bieten gute Voraussetzungen für den Einsatz von PV (kein Flächenverschleiß) 13

14 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage PV in Tegel: zwei Anlagen mit insg. 560 KWp Besonderheiten A1 1. Anlage Bauj Filterhalle 192 KWp - Installation ohne Verletzung der Dachhaut - Betonfundamente um Dachhaut nicht zu verletzen - aber: Ballastierung minimiert Schneelast! - durch Schneeberäumung 52 Module zerstört! FS Stk. = 367 KWp Anlage 2 Bauj steht auf dem Dach der Reinwasserbehälter -Bio Monitoring / Einfluss PV Park auf geschützte Grünflächen (Trockenhaferbiotop) 14

15 Folie 14 A1 Minimierung der Dachlast von 275 auf 75 Kg/m² Autor,

16 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage wirtschaftliche und technische Daten beider PV -Anlagen Leistung 192,27 kwp 367,2 kwp Kosten netto spez. netto 4.182,82 /kwp /kwp Rendite 6,55% (vor Steuer) 7,7% (nach Steuer) Stromgest.-kosten 38,80 ct/kwh 33,35 ct/kwh EEG Vergütungssatz 44,59 ct/kwh 39,58 ct/kwh Energiemenge kwh/a kwh/a spez. Ertrag 920 kwh/kwp 980 kwh/kwp CO 2 - Einsparungen kg/a kg/a Modulfläche m² m² Dachfläche 0,51 ha (5.120 m²) 1,6 ha ( m²) 15

17 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage 16

18 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Monitoring über Web Box und SMA Portal Wechselrichtervergleich (höhere Säulen = bereits gewechselte Modultische) Tagesgangkurve Zurück 17

19 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Vergleich zwischen Prognose und Ertragsdaten Dach Filterhalle Dach Reinwasserbehälter Ertrag 2011 Prognose Ertrag 2011 Prognose Die optimal ausgerichtete Anlage der RWB hat einen geringeren Ertrag(948) als die wesentlich schlechter ausgerichtete Anlage der Filterhalle(960). 18

20 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage optische Kontrolle Einsatz eines Polarisationsfilters (Vermeidung auftretender Spiegelungen der Moduloberfläche) gerissene Dünnschichtmodule meist noch volle Leistung! Mono und Poli zeigen bei solch einem Schadensbild meist schon einen deutlichen Leistungsabfall 19

21 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Thermografiemessung - Feststellen lokaler Hotspots (Temperaturerhöhung bei schadhaften Modulen) A2 optisch keine Beschädigungen erkennbar (Hotspots oder feinste Risse) Thermografie (möglichst keine Bewölkung, gute Kameraeinstellung) Bei Mono und Poli sehr deutliche Darstellung! 20

22 Folie 20 A2 optisch nicht zu erkennende Beschädigungen sei es innerhalb der Zelle (Hotspots) oder feinste Risse, lassen sich bei entsprechenden Rahmenbedingungen (wenn möglich keine Bewölkung) und entsprechender Einstellung der Kamera gut erkennen. Bei Mono und Poli sehr deutliche Darstellung! Der Vorteil dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, auch per Hubschrauberüberflug Beschädigungen zu lokalisieren._ PV Großanlagen_ Autor,

23 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Messung eines Strings mit einem schadhaften Modul Soll-Ist-Vergleich: 6x75Wp = 1String = 450,0 Wp STC zu gemessen = 386,5 Wp STC / - 63,5Wp 21

24 Maximierung der Solarstromernte einer großen PV- Anlage Messung eines Strings mit einem schadhaften Modul Wp Messung (Leistungsmessung) genauer als Monitoring (z. B Ermittlung degradationsbedingter Leistungsabfall) Methoden: Ortung defekter Einzelmodule in einem String oder Strang Einzelmesssung mit passender Verdunklung (Pappe) einzelne Module nach und nach abdecken, bei Abdeckung des defekten Moduls, zeigt sich eine deutliche Messwertänderung (Module müssen mit Bypassdioden versehen sein!) 22

25 Ansprechpartner: Dirk, Beckert Tel.:

26 Themen der vergangenen zehn Jahre (Auswahl) Senkung des Netzbezuges Strom von ca. 284 auf ca. 244 GWh durch eine Vielzahl detaillierter Maßnahmen Co- Vergärung im Faulprozess der Klärwerke (Steigerung des Faulgasaufkommens) Absenkung des Erdgasbezuges von rund 72 auf ca. 45 GWh Inbetriebnahme einer Mikro-Gasturbine zur Faulgasverstromung (nicht unbedingt innovativ, aber effizient!) Errichtung von PV- Anlagen mit 589 kw p und einem Jahresertrag von 554 MWh Einbau eines Erdwärmetauschers zur Klimatisierung (Pilotprojekt) Kühlung der FU in einem Wasserwerk mit Vorfilterwasser Ersatz einer WPA durch eine moderne (OWA Tegel) 24

27 Themen der kommenden Jahre (Auswahl) Errichtung von drei Windkraftanlagen a 2 MW als entscheidendem Baustein auf dem Weg zum energieautarken Klärwerk Errichtung von weiteren, kleinen, ausschließlich den Eigenbedarf deckenden PV-Anlagen, insoweit die Wirtschaftlichkeit nachgewiesen ist (Cashflow- Anpassung an permanent wechselnde Bedingungen) Reduktion des Inputs an Elektroenergie für Außenbeleuchtung (1 Klärwerk realisiert, geplantes Projekt in einem Wasserwerk, ) Senkung des Inputs für Beheizung Gebäude um 30 bis 40 % (Nutzungsbereinigung, Nahwärme, neue Bereitstellungstechnologien, neue Versorgungsstrukturen usw.) Übergang zu integralen Konzepten an einem Standort 25

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ansprechpartner: Ralf Antrack BWB- Zentr. Energiemanagement Tel.: