F&E Vorhaben KWK Optimierung

Transkript

1 F&E Vorhaben KWK Optimierung PtJ Statusseminar Effiziente Fernwärmenutzung für Low Ex-Gebäude Berlin, 04./05. Oktober 2007 Vattenfall Europe Hamburg AG Jens Beecken Peter Blein

2 Inhalt Übersicht über das Vorhaben Das Thema LowEx Hamburger Fernwärmesystem Regelkonzept Hydraulische Restriktionen - Wasserverteilung Optimierte Vorlauftemperaturkurve Verwendung der Ergebnisse beim Anlageneinsatz Ökonomische und Ökologische Bewertung Speichernutzen des Netzes Ausblick 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 2

3 Daten des Vorhabens Vorhabenbezeichnung Maximierung der Kraftproduktion durch optimale Nutzung des Energiebedarfes im Fernwärmenetz Arbeitstitel: Förderkennzeichen: KWK Optimierung A Selbstkosten des Vorhabens 1,26 Mio Bearbeitungszeitraum bis Aktueller Stand Abschlußbericht fertig gestellt 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 3

4 Verwendete Softwaresysteme SIR-3S: Kennlinien Ebsilon: Kennlinien Bofit: Zeitreihenoptimierung Bofit SIR 3S Ebsilon PI-Datenbank 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 4

5 Wesentliche Arbeiten und Erkenntnisse Zusammenführung der Softwaresysteme Erzeugung/Verteilung Verteilung Erweiterung der Software Sir3S um thermohydraulische Online- und Offline- Berechnungen durchführen zu können -> Wirkung von Wasserverteilung und Vorlauftemperatur auf die Versorgung der Kunden Erzeugung Erstellung von Ebsilonmodellen die über den gesamten Lastbereich der Erzeugungsanlagen gültig sind (möglichst hohe Genauigkeit) -> Wirkung von Wasserverteilung und Vorlauftemperatur auf die KWK Stromproduktion Netzspeicherung Untersuchung des Wirkungsmechanismus einer Vorlauftemperaturanhebung auf das Gesamtsystem -> Zeitkonstanten, Einfluß auf die KWK Stromproduktion 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 5

6 Das Thema LowEx Carnot - Prozess Tmax = 540 Grad C ENERGIE = EXERGIE + ANERGIE ENERGIE in % Kondensation KWK KWK + LowEx ANERGIE ANERGIE ANERGIE Exergieverl. Exergieverl. EXERGIE EXERGIE EXERGIE Tmin in Grad C 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 6

7 P- Q Diagramm Elektrische Leistung Kleinlastlinie Volllastlinie Gegendrucklinie 0,45 MW / K 0,33 MW / K VL Temp. 90 C 95 C 100 C 105 C 110 C 115 C 120 C 125 C 135 C Fernwärmeleistung 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 7

8 Formel für Wärmestrom Q& = m& c Δϑ = m& c p p ( ϑ ϑ VL RL ) Q & m& Δϑ ϑ VL ϑ RL c p c p Wärmestrom oder Wärmeleistung [W] Massenstrom [kg/s] Temperaturdiff. des aufgewärmten/abgekühlten Mediums [K] Vorlauftemperatur [ C] Rücklauftemperatur [ C] Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck [J/(kg K)] Mittlere spez. Wärmekapazität bei konst. Druck [J/(kg K)] 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 8

9 Hamburger Fernwärmesystem 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 9

10 Schlechtpunktregelung 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 10

11 Hydraulische Restriktionen - Wasserverteilung 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 11

12 Optimierte Vorlauftemperaturkurve 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 12

13 Verwendung der Ergebnisse beim Anlageneinsatz Off- Line- Betrieb für Planung (heute für morgen) ebsilon Konfigurationsdaten Erzeugungsanlagen Zusätzlich Eingabegrößen BoFiT TEP: Brennstoffpreise Strompreise / Fahrplan Lastprognose & Lufttemp Geplanter Anlageneinsatz BoFiT - LP BoFiT - TEP VL- Temp = f(lufttemp) Hydraulische Restriktionen Sir 3S 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 13

14 Ökonomischer Nutzen 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 14

15 Ökologischer Nutzen Für das Jahr 2006 ergibt sich optimiert: Steigerung der KWK Stromproduktion Zugehörige CO2 Emission entspricht bzw. Nach NAP II (Nationaler Allokationsplan) gilt für die besten Steinkohlekraftwerke ein Wert von Verglichen mit diesem Benchmarkwert ergibt sich eine CO2 Reduzierung von 98 GWh t 578 t CO2 / GWh 578 g CO2 / kwh 750 g CO2 / kwh t CO2 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 15

16 Speichernutzen des Netzes 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 16

17 Ausblick 2007 Nutzung der aufgezeigten Effizienzsteigerung, ca. 6% mehr KWK Stromproduktion mit den bestehenden Anlagen bei gleichem Wärmebedarf Weitergehendes Forschungsvorhaben Neue Methoden zur Effizienzsteigerung von Fernwärmeerzeugungsanlagen 2008 GuD Anlage verdrängt Spitzenlast d.h. zusätzliche Stromproduktion und geringere CO2 Emission 2012 Moorburg verdrängt HKW Wedel d.h. durch besseren Wirkungsgrad geringere CO2 Emission 04./ Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 17

18 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit