Symposium Optimierte KWK-Systeme

Transkript

1 Vorläufige Ergebnisse des EdZ-Projektes: Energetisch und wirtschaftlich optimierte Biomasse-Kraft-Wärmekopplungssysteme auf Basis derzeit verfügbarer Technologien. DI Dr. Richard Zweiler Veranstaltet von: 1

2 Ausgeführte Anlagen in Österreich Dampfmotor Gegendruckdampfturbine Entnahmekondensationsdampfturbine Aktion/Reaktion, Entnahme/Anzapfung ORC Demoanlagen: Stirling Dampfschraubenexpander Beschränkung: Verbrennung, rechtsläufiger Kreisprozeß 2

3 Optimiertes KWK-System Ermittlung der optimalen Anlagenverschaltung Anonymisierte Erhebung der Referenzanlagen Definition Leistungsgröße ORC 1 MW el Gegendruckturbine 1 MW el Entnahme-Kondensationsturbine 2 MW el Spitzenlast Fernwärme 6 MW Ermittlung der Investitionskosten Aus aktuell installierten Anlagen Herstelleranfragen 3

4 Prozesssimulation Prozesssimulationsumgebung: EES Professional Berechnung Jahreslastkurve Fernwärmenetz Jahressimulation auf Stundenbasis Klimadaten Wien Gute Übereinstimmung mit existierenden FW-Netzen Betriebsparameter aus realen Anlagen Vergleichsgröße: Spez. Brennstoffkosten im Jahre 0 4

5 Wärmeabnehmer/Fernwärmenetz MW Spitze, 4% Bandlast Fernwärmenetzleistung [kw] Stunden pro Jahr

6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Basis: technische Simulation Dynamische Berechnung Laufzeit 12 Jahre Investitions-, Betriebskosten Erlöse: Wärme, Ökostrom (Industrieholz) Preisindizes Jahresnutzungsgrad mindestens 60% (Vorgabe Ökostromgesetz) 6

7 Berechnungsbasis Fernwärmeverkaufspreis /MWh (lt. Ökostromverordnung 2008) 26,00 Ökostromtarif /MWh (lt. Ökostromverordnung 2008) 117,3 Zinssatz 6,0% Laufzeit Leasing in Jahren 10 Ökostromlaufzeit in Jahren 12 Preisindex Manpower und Sonstiges 2,90% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Ascheentsorgung 4,30% Preisindex Wartung/Instandhaltung 2,43% Preisindex Versicherungen 2,90% Preisindex Betriebsmittel 0,86% Preisindex Wärmeverkauf 3,26% 7

8 Ergebnisse Gegendruckdampfturbine 8

9 Gegendruckdampfturbine 9

10 Variation des Preisindex Brennstoff (Hackgut) 26 Preisindex Brennstoff 5,50% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Brennstoff 6,50% Preisindex Brennstoff 4,00% Preisindex Brennstoff 3,00% Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] Bandlast Fernwärmenetz [%]

11 Fernwärmebandlast 70% Q_FW Q_Rückkühler Q_netto,el Q_Brennst Q_Kessel Q_7,1 Kond Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,834 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0, Leistung [kw] Stunden pro Jahr

12 Variation des Preisindex Brennstoff 22 Preisindex Brennstoff 5,50% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Brennstoff 6,50% Preisindex Brennstoff 4,00% Preisindex Brennstoff 3,00% 20 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] Bandlast Fernwärmenetz [%]

13 Variation der Kondensationstemperatur 20 spezifische Brennstoffkosten t1=95 C spezifische Brennstoffkosten t1=80 C Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] Bandlast Fernwärmenetz [%]

14 Variation der Mindestkondensatorleistung Q_FW Q_Rückkühler Q_netto,el Q_Brennst Q_Kessel Q_7,1 Kond Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,603 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0, Leistung [kw] Stunden pro Jahr

15 Variation der Mindestkondensatorleistung 5,8 spezifische Brennstoffkosten Gesamtjahresnutzungsgrad 0,75 5,6 15 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh] 5,4 0,70 5,2 5,0 0,65 4,8 4,6 0,60 4,4 4,2 0,55 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Mindestkondensatorleistung Q7,1min [MW] Bandlast 20% Gesamtjahresnutzungsgrad [1]

16 Variation der Mindestkondensatorleistung 11,55 spezifische Brennstoffkosten Gesamtjahresnutzungsgrad 0,90 11,50 0,85 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh] 11,45 11,40 11,35 11,30 11,25 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 Mindestkondensatorleistung Q7,1min [MW] 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 Gesamtjahresnutzungsgrad [1] 16 Bandlast 40%

17 Variation der Frischdampftemperatur 11,45 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 11,40 11,35 11,30 11,25 11, Frischdampftemperatur t6 [ C] 17 Bandlast 40%

18 Variation des Frischdampfdrucks 11,80 11,70 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 11,60 11,50 11,40 11,30 11,20 11,10 11,00 10,90 10,80 10, Frischdampfdruck p6 [bara] 18

19 Kennlinie isentroper Turbinenwirkungsgrad 0,75 isentroper Turbinenwirkungsgrad Polynomisch (isentroper Turbinenwirkungsgrad) 0,70 isentroper Turbinenwirkungsgrad [1] 0,65 0,60 0,55 0,50 y = -0,2500x 2 + 0,6114x + 0,3459 0,45 0,40 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Dampfmassenstrom / Nenndampfmassenstrom [1] 19

20 Variation des isentropen Nennturbinenwirkungsgrades 40% Band (mit 11,32 /MWh Br.) 20% Band (mit 4,29 /MWh Br.) 60% Band (mit 15,60 /MWh Br.) Break-Even Investitionskosten [ ] isentroper Nennturbinenwirkungsgrad [%] 20

21 Variation des Fernwärmeverkaufspreises 26 Fernwärmeverkaufspreis 26 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 20 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 15 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 30 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 35 /MWh 24 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] Bandlast Fernwärmenetz [%]

22 Abgezinste Erlöse: Wärme/Ökostrom abgezinster Erlös aus Ökostrom (12 Betriebsjahre) abgezinster Erlös aus Wärmeverkauf (12 Betriebsjahre) abgezinste Erlöse [ ] Bandlast Fernwärmenetz [%] 22

23 Vergleich: Wasserringpumpe/Dampfstrahlapparat Wasserringpumpe 9kW elektrisch Investitionskosten: ~ ,- Dampfstrahlapparat Frischdampfverbrauch ~85kg/h Investitionskosten: ~ ,- 23

24 20 Selbstdeckung Eigenstrombedarf Symposium Optimierte KWK-Systeme Eigenstrombedarf Zukauf Eigenstrombedarf 18 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] Bandlast Fernwärmenetz [%]

25 Zusammenfassung Gegendruckdampfturbine Brennstoffmarktpreise: 25% verminderter Ökostromtarif (117,3 /MWh el.) Z.B. Industrieholz Erhöhung der Wirtschaftlichkeit: Gleitende Kondensationstemperatur Erhöhung der Bandlast Hoher Fernwärmeverkaufspreis Günstige Preisindizes 25

26 Ergebnisse Entnahmekondensationsdampfturbine 26

27 Entnahmekondensationsturbine 27

28 Gleichdruckturbine Geringere isentrope Nennturbinenwirkungsgrade 90% Bandlast bei 60% Gesamtjahresnutzungsgrad Break-Even: 11,59 /MWh Brennstoff (Industrieholz) 28 Leistung [kw] Q_15,10 (FW) Q_Brennst Q_netto,el Q_7,1 (Kond) Q_Kessel Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,607 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0, Stunden pro Jahr

29 Reaktionsturbine Höhere isentrope Nennturbinenwirkungsgrade 70% Bandlast bei 60% Gesamtjahresnutzungsgrad Break-Even: 12,40 /MWh Brennstoff (Industrieholz) Q_15,10 (FW) Q_Brennst Q_netto,el Q_7,1 (Kond) Q_Kessel Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,657 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0, Leistung [kw] Stunden pro Jahr

30 Detailbetrachtung Wie verschaltet man einen Wärmetauscher? Im Gegenstrom Oder doch im Gleichstrom?! 30

31 Heizkondensator (Gegenstrom 5MW) 160 Dampftemperatur Wassertemperatur Temperatur [ C] Fläche [m²] 31

32 Heizkondensator (Gleichstrom 5MW) 160 Dampftemperatur Wassertemperatur Temperatur [ C] Fläche [m²] 32

33 Dampfkesselleistung 33

34 Dampfkesselleistung 104% ECO V2 Ü2 Ü1 V1 103% 102% Änderung Kesselleistung Q_Kessel [%] 101% 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 130% 140% 150% 160% 170% Änderung ka [%] 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Auf der Homepage der Renet Güssing GmbH: stehen alle Präsentationen dieses Symposiums zum Download bereit. Veranstaltet von: Kontakt: DI Dr. Richard Zweiler Tel.: Mail: r.zweiler@renet-info.net