an schwankende Energiepreise. Beispiel eines Dampfnetzes in einem

Transkript

1 Anpassung eines komplexen Energiesystems an schwankende Energiepreise. Beispiel eines Dampfnetzes in einem integrierten Hüttenwerk TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik

2 Agenda Ziel Vorgehensweise Beispiel Ergebnisse Zusammenfassung 2

3 Ziel Optimierung eines bestehenden Systems hinsichtlich Energiekosten Wenig Rechenaufwand Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Entscheidungshilfe (Betriebsparameter, Umbauvariante) 3

4 Vorgehensweise Angepasste Betriebsmittelkostendefinition und Berechnung (variable Kosten) Verhaltensanalyse des betrachteten Systems Modellierung des Systems Definition sinnvoller Varianten Auswertung und Vergleich der Varianten => Entscheidung 4

5 Definition des Beispiels Teilnetz eines Hüttenwerk-Dampfnetzes: Kokerei von Linz Energetisch vom Kraftwerk versorgt. Kraft-Wärme Kopplung Energiequellen: Intern: Hüttengase Extern: Erdgas und Strom 5

6 Abhitzekessel Hochdruck Dampfnetz 47 bar ü Beispiel Dampfimport vom Kraftwerk Kesselspeisewasserpumpe Werks Dampfnetz 18 bar ü Strahlpumpen Andere Verbraucher: *Begleitheizung *Abtreibdampf Gassauger Ölpumpe Spülwasserpumpe Dampfexport zum Weitere Anlagen Abdampfsammler Abdampfnetz 0.6 bar ü Dampfablass In die Atmosphäre Abtriebskolonne Begleitheizung Kondensations- Verluste 6

7 Mit welchen Energiepreisen Grenzkosten / Marginal-Kosten: variable Kosten der letzten produzierten Tonne Dampf Restwertmethode: Ökonomische Bewertung der Koppelprodukte K Brennstoff + K VE-Wasse = KDampf + KStrom + KFernwärme eingesetzte_produkte Dampfpreis : K Dampf = KBrennstoff + K VE Wasser erzeugte_produkte K Strom K Fernwärme Bewertung: -Strom mit Importstrompreis -Fernwärme mit Import-FW-Preis -Dampf muss die Restkosten decken Preis Referenz für Strom und Gas: Terminmarktpreise, oder Spotpreise 7

8 Modellierung der Betriebsmittelbereitstellung Klassische Blöcke und GuD-Anlagen mit Entnahmekondensationsturbine Modellierung : Brennstoffnutzungsgrad Stromkennzahl Stationäres Modell Lineare Zusammenhänge Kostenfunktion: Gaskosten, Erlöse von Strom- und Fernwärme Preisberechnung => Erzeugung einer zusätzlichen Tonne Dampf 8

9 Modellierung des betrachteten Energiesystems Verhaltensanalyse des Systems Darstellung des Systems in stationärem Modell: Massenbilanz Dampfenthalpie auf jeder Druckebene ermittelt T bi i k d Turbinenwirkungsgrad Drosselungen Kondensationsverluste Kostenfunktion (Dampf + Strom + Kosen für VE Wasser) 9

10 Auswahl von Varianten Prinzip der Minimierung von Exergieverlusten Erfahrungsbasierte Ansätze Base case: Elektromotoren für Spülwasserpumpe & Gassauger Case 1 : Spülwasserpumpe mit Turbinenantrieb Case 2 : Gassauger mit Turbinenantrieb Betriebsbedingungen für Sommer & Winter 10

11 Abhitzekessel Hochdruck Dampfnetz 47 bar ü Beispiel Dampfimport vom Kraftwerk Kesselspeisewasserpumpe Werks Dampfnetz 18 bar ü Strahlpumpen Andere Verbraucher: *Begleitheizung *Abtreibdampf Gassauger Ölpumpe Spülwasserpumpe Dampfexport zum Weitere Anlagen Abdampfsammler Abdampfnetz 0.6 bar ü Dampfablass In die Atmosphäre Abtriebskolonne Begleitheizung Kondensations- Verluste 11

12 Auswahl von Varianten Prinzip des Exergieminimierung Erfahrungsbasierte Ansätze Base case : Elektromotoren für Spülwasserpumpe & Gassauger Case 1 : Spülwasserpumpe mit Turbinenantrieb Case 2 : Gassauger mit Turbinenantrieb Betriebsbedingungen für Sommer & Winter 12

13 Abhitzekessel Hochdruck Dampfnetz 47 bar ü Kesselspeisewasserpumpe Base Case Case 1 Dampfimport vom Kraftwerk Werks Dampfnetz Case 2 18 bar ü Strahlpumpen Andere Verbraucher: *Begleitheizung *Abtreibdampf Gassauger Ölpumpe Spülwasserpumpe Dampfexport zum Weitere Anlagen Abdampfsammler Abdampfnetz 0.6 bar ü Dampfablass In die Atmosphäre Abtriebskolonne Begleitheizung Kondensations- Verluste 13

14 Ergebnisse: Entscheidungshilfe Winter und Sommerfahrweise (Verhaltensanalyse) Verbrauch/Erzeugung Sommer Winter Base case Case1 Case2 Base case Case1 Case2 Gassauger 0.00 t/h 0.00 t/h 4.60 t/h 0.00 t/h 0.00 t/h 4.85 t/h Spülwasserpumpe 0.00 t/h 3.00 t/h 0.00 t/h 0.00 t/h 3.00 t/h 0.00 t/h Substitutionsrate FD/AB bei Abtreiber Kosten Jährliche Delta Kosten 0.0 k /J k /J k /J 0.0 k /J k /J k /J Sensibilitätsanalyse (Break-even-point Kurve) 14

15 Break even point Kurven GS4 und Spülwasserpumpe Strom mgrenzkosten n 150,0 /MWh 140,0 /MWh 130,0 /MWh 120,0 /MWh 110,0 /MWh 100,00 /MWh 90,0 /MWh 80,0 /MWh 70,0 /MWh 60,0 /MWh 50,0 /MWh 40,0 /MWh 30,0 /MWh 20,0 /MWh 10,0 /MWh 0,0 /MWh 0,0 /t 5,0 /t 10,0 /t 15,0 /t 20,0 /t 25,0 /t 30,0 /t Dampfgrenzkosten Winter case 2 Äquivalenz Faktor FD/AD für Abtreiber 1.05 Abdampf Begleitheizung 4.70 t/h Winter case 1 Äquivalenz Faktor FD/AD für Abtreiber 1.05Abdampf fbegleitheizung i 4.70t/h Sommer case 2 Äquivalenz Faktor FD/AD für Abtreiber 1.05 Abdampf Begleitheizung 2.30 t/h Sommer case 1 Äquivalenz Faktor FD/AD für Abtreiber 1.05 Abdampf Begleitheizung t/h

16 Resumé Einfache Modellierung der Anlagen Heuristische Lösungsansätze Minimierung von Exergieverlusten Kostenoptimierter Betrieb der Anlage Auch für Umbauprojekte einsetzbar, mit anderen Preisreferenzen 16

17 Danke für die Aufmerksamkeit! Fragen? 17