Innovationen der WKK-Technik

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Alfred Pohl
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1 Innovationen der WKK-Technik Olten, Bildquelle: ewz / Ceramic Fuel Cells Technologieentwicklung Bildquelle: 2 1

2 Elektrischer Wirkungsgrad [%] Ziel: Ökologische Wärmeund Stromerzeugung Anlass Datum Kürzel - Ausfüllen über Ansicht/Kopf- und Fusszeile Einordnung der Technologien Motorisches BHKW Stirling Micro Gasturbine Brennstoffzelle technologische Reife Vergleichssystem GuD-Kraftwerk + Wärmepumpe 3 Leistungs- und Wirkungsgradbereiche HT-Brennstoffzellen m-gasturbinen Brennstoffzellen Hybrid-Systeme Gasmotor Gasturbinen GuD 20 Stirling ORC-Turbine Leistung [MW] 4 2

3 Wärmeproduktion [aus 0% Gas] Anlass Datum Kürzel - Ausfüllen über Ansicht/Kopf- und Fusszeile Systemvergleich (I) Vergleichssystem Energieträger Erdgas Stromerzeugung (GuD-Kraftwerk) Wärmepumpe Nutzwärme ab System WKK-System Energieträger (Erdgas,...) WKK-System Wärme Nutzwärme ab System Strom Wärmepumpe 5 Systemvergleich (II) 6 300% 280% 260% 240% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 0% Jahresarbeitszahl Wärmepumpe Bereich von Gaswärmepumpen Basis: Gesamtnutzungsgrad WKK: 85%; Wirkungsgrad GuD: 60%, Netzverluste für GuD: % Wärme aus WP mit GuD-Strom Wärme aus WKK + WP, ETAel = 65% Wärme aus WKK + WP, ETAel = 55% Wärme aus WKK + WP, ETAel = 45% Wärme aus WKK + WP, ETAel = 35% Wärme aus WKK + WP, ETAel = 25% 3

4 Beispiele von Entwicklungen 7 Beispiel: SOFC-Brennstoffzelle BlueGen (1.5 kwel) Bildquelle:BlueGen / Ceramic Fuel Cells Ltd 8 4

Abwärmenutzung Heizung (30-40 C) (60 C) Strom Gas WKK Maximierung des Gesamtnutzungsgrades durch erweiterte Abwärmenutzung

5 WW Anlass Datum Kürzel - Ausfüllen über Ansicht/Kopf- und Fusszeile Leistungsdaten SOFC-Brennstoffzelle BlueGen Quelle: Ceramic Fuel Cells Ltd. 9 Einbindungsvorschlag für hohe Jahreslaufzeit Erdsonde Wärmepumpe ev. Abwärmenutzung Heizung (30-40 C) (60 C) Strom Gas WKK Maximierung des Gesamtnutzungsgrades durch erweiterte Abwärmenutzung im Heizfall Hohe Effizienz der Heizwärmeerzeugung durch Wärmepumpe (Niedertemperatur) Minimaler externer Strombedarf durch Eigenproduktion aus WKK-Anlage 5

6 Jahreskosten [00 Fr/a] Gaskessel kondensierend ohne SOFC (Referenz) Gaskessel kondensierend mit SOFC für WW WP mit Erdsonde mit SOFC für WW WP mit Erdsonde ohne SOFC Treibhausgasemissionen [Tonnen CO2-eq / Jahr] nichterneuerbare Primärenergie [MWh / Jahr] Anlass Datum Kürzel - Ausfüllen über Ansicht/Kopf- und Fusszeile Umweltbilanz für EFH (21 MWh Wärmebedarf) Treibhausgasemissionen nichterneuerbare Primärenergie Basis: Gesamtnutzungsgrad WKK: 85%; El.-Wirkungsgrad 50%; Strombezug ab Netz aus GuD-Kraftwerk; JAZ Wärmepumpe: Anteile Jahreskosten für EFH (21 MWh Wärmebedarf) 12 Kapitalkosten [Fr.] Energiekosten [Fr.] Wart.-, Bedien. und UH- Kosten [Fr.] 2 0 Gaskessel kondensierend ohne SOFC (Referenz) Gaskessel kondensierend mit SOFC für WW WP mit Erdsonde WP mit Erdsonde mit SOFC für WW ohne SOFC Kostenschätzung Brennstoffzelle auf Basis Installations- Wartungskosten gemäss Sanevo 12 6

7 Beispiel: Brennstoffzellen-Hybrid Kraftwerk Bildquelle: electrochem.cwru.edu / Siemens Westinghouse 13 SOFC-Hybrid Kraftwerk 14 7

8 MCFC/ORC-Hybrid Kraftwerk 15 Vergleich der WKK-Systeme 16 8

9 Wärmeerzeugung Betrieb mit Biogas Holz Betrieb mit Erdgas Mini-BHKW Stirling Motor PEM Brennstoffzelle Holzpellet Stirling Motor Gas BHKW mit Katalysator SOFC Brennstoffzelle Mikrogasturbine ORC-WKK- Anlage (Holzschnitzel) GuD-Kraftwerk Investitionskosten [Fr/kWel] Anlass Datum Kürzel - Ausfüllen über Ansicht/Kopf- und Fusszeile Vergleich spezifische Investitionskosten 20'000 18'000 16'000 14'000 12'000 '000 8'000 6'000 4'000 2'000 0 Kleinanlagen [bis ca. kwel] mittlere Anlagen [ca. 0 kwel] ab ca. 300 kwel ca. 400 MWel 17 Vergleich Treibhausgasemissionen Treibhauspotential Wärmeerzeugung [kg CO2-eq. / kwh] Mikrogasturbine SOFC Brennstoffzelle SOFC-GT Brennstoffzelle BHKW 160kW mit Katalysator PEM Brennstoffzelle Stirling Motor, Erdgas Mini-BHKW mit Katalysator Diff.-Absorptions Wärmepumpe Wärmepumpe, JAZ = 3 Stirling Motor, Holzpellets Holz WKK-Anlage, ORC 1400 kwth Holzpelletfeuerung 50 kw Mikrogasturbine SOFC Brennstoffzelle SOFC-GT Brennstoffzelle BHKW 160kW mit Katalysator PEM Brennstoffzelle Betrieb mit Erdgas Betrieb mit Holz Betrieb mit Biogas Stirling Motor, Biogas Mini-BHKW mit Katalysator Diff.-Absorptions Wärmepumpe Wärmepumpe, JAZ =

10 Anwendungsbereiche für Gebäude 19 Anwendungsbereiche für Nahwärmenetze 20

11 Danke für Ihre Aufmerksamkeit 21 Innovationen der WKK-Technik AP 11

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