Energieeffizienz und ihre Umsetzung am Beispiel einer Kraft-Wärme- Kopplungsanlage

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1 Energieeffizienz und ihre Umsetzung am Beispiel einer Kraft-Wärme- Kopplungsanlage 1

2 Mein Werdegang 1961 geboren in Berlin 1989 Dipl.-Ing. Energie- und Verfahrenstechnik, TU- Berlin, Studentische Hilfskraft Mathematik und Bilanzgleichungen 1994 Dr.-Ing. Verfahrenstechnik, TU-Berlin, Wasserstoffspeicherung, Lehre: Reaktionstechnik, Thermodynamik der Energiewandlung, Luftreinhaltung 1995 Post Doc, Institut Français du Pètrole, Abgasreinigung 1996 CNRS, Frankreich, Kunststoffproduktion in Extrudern 2001 Rolls-Royce, Hochtemperaturbrennstoffzelle und erneuerbare Energien und Gasturbine 2009 Helion/Areva PEM Brennstoffzelle und Elektrolyse 2

3 Monatlicher Wärme- und Strombedarf Monthly electricity demand kwh Monthly electricity demand Month Heat demand kwh Monthly heat demand Month

4 Klassisches Schema Strom wird aus dem Netz gekauft Wärme wird mit einem Boiler erzeugt Öffentliche Stromnetz Verbraucher Zentrale Stromerzeugung Strom Wärme Öffentliche Gasnetz

5 Monatlicher Wärme- und Strombedarf Month Electricity Heat Total kwh kwh kwh Jan Feb Mar Apr May Jun heat to power ratio 1,45 gas price p/kwh 5 electricity price p/kw 1,11 boiler efficiency 0,8 el generator eff 0,4 Jul Aug Sep Oct Nov Dec total gas con total gas con

6 Kraft-Wärme-Kopplung Strom wird Vorort erzeugt Die Abwärme wird genutzt Öffentliche Stromnetz Zentrale Stromerzeugung Dezentrale Energieerzeugung Verbraucher Strom Wärme Öffentliche Gasnetz Verluste

7 Diesel Blockheizkraftwerk

8 Monatlicher Wärme- und Strombedarf mit Kraft- Wärme Kopplung Monthly electricity demand kwh Monthly electricity demand Month Heat demand kwh Monthly heat demand Month

9 Potential for small scale FC CHP mode CHP in UK public, commercial Power/kW e 350 and domestic buildings Heat/kW th efficiency CHP generato 0,5 Energy Technology Support Unit heat to power ratio 1,45 gas price p/kwh 5 gas price p/kwh 7 electricity price p/kw 1,11 electricity price p/kwh 1,11 boiler efficiency 0,8 boiler efficiency 0,8 el generator eff 0,4 Energy demands in kwh Energy delivered by FC in kwh Month Electricity Heat Total Electricity Heat total kwh kwh kwh kwh kwh kwh Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec total gas con total gas con total eff 0,568 0,693

10 Gesamtwirkungsgrad η η = Nutzen/Aufwand = Energie erzeugt/ Energie verbraucht = Energie System aus / Energie System ein = (Strom + Wärme) / Gasverbrauch mal Heizwert

11 Gesamtwirkungsgrad für die beiden Fälle 0, * * = = + + = + + = MWh MWh h n h n H P H H P P η η η 0, ,, * *,, * * = = + = = import H import H H H import P import P P P h n h n h n h n H P η η η η η

12 Geldersparnisse Electricity bill pounds/year Gas bill pounds/year Electricity import bill pounds/year Gas bill FC pounds/year Heat import bill pounds/year total costs pounds/year total savings pounds/year

13 Weiter Konsequenzen Ersparnisse Aber Primärenergie CO 2, etc (hohe) Investitionskosten Wartung vor Ort

14 Blockheizwerktypen Brennstoffzelle PEMFC SOFC Verbrennungsmotor Mikroturbine Stirlingmotor

15 Heat to power ratio for prime movers 3 2,5 ratio heat to power 2 1,5 1 0,5 0 Otto motor Diesel motor GT CCGT FC SOFC/GT

16 Heat to power demand consumers 3 2,5 Gas Turbine power ratio Heat to 2 1,5 1 0,5 Diesel FC 0 Textile industry Hotels Chemical Industry Food industry Warehouse Paper industry Engineering industry Plastic industry Retail Office

17 Beispiele PEMFC

18 Mikroturbinen

19 Stirlingmotor Äußere Wärmezufuhr Dynamik Wandstärke Mechanik

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21 Zusammenfassung Ersparnisse Aber Primärenergie CO 2, etc (hohe) Investitionskosten Wartung vor Ort