Studienrichtung Master Umwelt- und Verfahrenstechnik

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1 Studienarbeit Studienrichtung Master Umwelt- und Verfahrenstechnik Betriebswirtschaftslehre Investitionsrechnung zum Vergleich zwischen dem Betrieb eines Kältenetzes mit Kompressionskälteanlage oder einer Absorptionskälteanlage Verfasser der Diplomarbeit Ringstraße Emersacker Telefon / 1472 Ullmann.Daniel@web.de Betreuer: Prof. Dipl.-Ing. Richard Kuttenreich Thema erhalten am: Abgabedatum:

2 Gliederung 1. Hintergrund zur Wirtschaftlichkeitsberechnung 2 2. Statische Investitionsrechenverfahren Kostenvergleichsrechnung Gewinnvergleichsrechnung Rentabilitätsrechnung Amortisationsrechnung 8 3. Alternative zur Verbesserung 9 4. Fazit 9 5. Quellenangaben Rechtsverbindliche Erklärung 10 Seite 1

3 1. Hintergrund zur Wirtschaftlichkeitsberechnung Im April 2009 startete in Augsburg das Projekt regionaler Energieverbund zur sinnvollen Nutzung niederkalorischer Abwärme aus industriellen Prozessen im Stadtbezirk. Ziel des Projektes war es, den Wärmebedarf bzw. das Wärmepotential aller ansässigen Unternehmen zu ermitteln und auf dieser Grundlage Energieerzeuger und -verbraucher intelligent miteinander zu vernetzen. In diesem Zusammenhang wurde das Fernwärmenetz der Stadtwerke Augsburg unter die Lupe genommen und ein Optimierungsbedarf festgestellt. In den Wintermonaten bestehen keinerlei Probleme die Wärme loszuwerden. Die übrige Zeit des Jahres ist das Fernwärmenetz dagegen nicht ausgelastet. Durch die Stromerzeugung in einem Gasturbinen- und einem Biomasse-Heizkraftwerk sowie durch das Müllheizkraftwerk der Abfallverwertung Augsburg GmbH ist aber Wärme das ganze Jahr über vorhanden und muss in den Sommermonaten sogar unter Aufwendung von Strom in großen Ventilatoren vernichtet werden. Außerdem stellten die Daten im Bereich um die Universität Augsburg einen erhöhten Kältebedarf dar. Da dieses Gebiet über einen Anschluss an das Fernwärmenetz der Stadtwerke Augsburg verfügt, entstand aus dieser Erkenntnis die Idee, das betroffene Areal mit Kälte aus Fernwärme zu versorgen. Somit könnten die Stadtwerke ohne zusätzlichen Brennstoffeinsatz ein weiteres Produkt verkaufen und dabei nicht einmal CO 2 -Emissionen erzeugen. Ein mögliches Netzkonzept wurde bereits in einer Diplomarbeit erstellt. Nun soll eine Investitionsrechnung bestehend aus den statischen Verfahren Kostenvergleichsrechnung, Gewinnvergleichsrechnung, Rentabilitätsrechnung und Amortisationsrechnung darlegen, ob der Betrieb dieses Kältenetzes mit herkömmlichen Kompressionskälteanlagen oder Absorptionskälteanlagen wirtschaftlicher ist. Hinsichtlich der Investitionskosten sind Absorptionskälteanlagen teurer, weil die Technologie neuer ist und die Anlagen größer dimensioniert werden müssen. Allerdings sind sie im Betrieb billiger, weil die Abwärme im Sommer kostenlos vorhanden ist und nur im Winter zusätzlich produziert werden muss. Auch im Hinblick auf die Wartungs- und Instandhaltungskosten sind die Absorptionskälteanlagen günstiger, weil sie im Gegensatz zu Kompressionskälteanlagen kaum mechanisch bewegte Teile besitzen. Abbildung 1.1: Kältebedarf um die Universität Seite 2

4 Abbildung 1.2: Kältenetzkonzept Seite 3

5 Ausgangsdaten für den Vergleich von Absorptions- und Kompressionskälteanlage: Daten Einheit Kompressionskälteanlage Absorptionskälteanlage Netzkosten Speicher Rückkühlwerk Grundstück + Gebäude Allgemeine Kosten Anlagenkosten Anschaffungskosten Nutzungsdauer a Kälteleistung kw Jährliche Kältearbeit (1000 h/a) MWh/a Restwert Zinssatz % 7 7 Sonstige Kosten /a Energiekosten /a Wartungs- u. Instandhaltungskosten /a Löhne einschl. Nebenkosten /a Seite 4

6 2. Statische Investitionsrechenverfahren 2.1. Kostenvergleichsrechnung Variable Kosten Kompressionskälteanlage Absorptionskälteanlage Einheit Energiekosten , ,00 /a Löhne einschl. Nebenkosten , ,00 /a Sonstige Kosten , ,00 /a Summe , ,00 /a Summe bzgl. Jährlicher Kältearbeit 45,26 32,70 /MWh Fixe Kosten Kalkulatorische Abschreibungen pro Jahr = (Anschaffungskosten Restwert)/Nutzungsdauer A Kompression = ( ) / 10a = ,80 /a A Absorption = ( ) / 15a = ,53 /a Kalkulatorische Zinsen pro Jahr = [(Anschaffungskosten Restwert) / 2] * Zinssatz Z Kompression = [( ) / 2] * 0,07 1/a = ,93 /a Z Absorption = [( ) / 2] * 0,07 1/a = ,98 /a Kompressionskälteanlage Absorptionskälteanlage Einheit Abschreibungen , ,53 /a Zinsen , ,98 /a Wartungs- und , ,00 Instandhaltungskosten /a Summe , ,51 /a Gesamtkosten K Kompression = K fixkompression + K varkompression = ,00 /a ,73 /a = ,73 /a K Absorption = K fixabsorption + K varabsorption = ,00 /a ,51 /a = ,51 /a Seite 5

7 Der Betrieb eines Kältenetzes mit Absorptionskälteanlage ist die kostengünstigere Variante! Kritische Produktionsmenge X krit = (K fixabsorption K fixkompression ) / (k varkompression - k varabsorption ) = ( ,51 /a ,73 /a) / (45,26 /MWh - 32,70 /MWh) = 966,30 MWh/a 966,30 MWh/a Abbildung 2.1: Kritische Menge Bis zu einer sehr geringen jährlichen Kältearbeit von 966,30 MWh/a ist die Variante mit einer Kompressionskältemaschine billiger. Da davon auszugehen ist, dass weit mehr Kälte benötigt wird bzw. Verträge mit einer Mindestabnahmemenge angestrebt werden, ist die Variante mit Absorptionskälteanlage zu empfehlen! Seite 6

8 2.2. Gewinnvergleichsrechnung Als Grundlage der Gewinnvergleichsrechnung wurde der Kälteverkaufspreis der Stadtwerke Chemnitz erfragt, da diese über ein vergleichbares Kältenetz verfügen. Somit liegt der Berechnung ein Preis 125 /MWh Kälte von zugrunde. Da dieser für den Kunden von der Erzeugungsart unabhängig sein soll, werden beide Anlagen mit dem gleichen Preis berechnet. Einheit Kompressionskälteanlage Absorptionskälteanlage Leistung MWh/a Erträge /a , ,00 fixe Kosten /a , ,51 variable Kosten /a , ,00 gesamte Kosten /a , ,51 Gewinn /a , ,49 Gewinndifferenz /a ,22 Beide Erzeugungsvarianten sind vorteilhaft, da sie einen jährlichen Gewinn aufweisen. Allerdings kann mit einer Absorptionskälteanlage wesentlich mehr Gewinn erwirtschaftet werden! Gewinnschwellenanalyse Break-even-Point = Fixkosten / (Kältepreis variable Kosten pro Kälteeinheit) Kompressionskältemaschine: Break-even-Point = ,73 /a / (125-45,26) /MWh = MWh/a Absorptionskältemaschine: Break-even-Point = ,51 /a / (125-32,70) /MWh = 8.639,5 MWh/a Um die Gewinnzone zu erreichen, muss bei beiden Maschinen eine sehr hohe Auslastung erreicht werden! Seite 7

9 2.3. Rentabilitätsberechnung Rentabilität = [(durchschn. Gewinn + kalkulatorische Zinsen) / gebundenes Kapital] * 100 % Kompressionskälteanlage: R Kompression = [(51.996,27 /a ,93 /a) / /a] *100 % = 8,44 % Absorptionskälteanlage: R Absorption = [( ,49 /a ,98 /a) / /a] *100 % = 10,81 % Beide Erzeugungsvarianten sind vorteilhaft, da ihre Rentabilität größer als der vorgegebene Mindestverzinsungssatz von 7 % ist. Allerdings ist die Absorptionskälteanlage zu bevorzugen, da sie eine um 2,37 % höhere Rentabilität aufweist! 2.4. Amortisationsrechnung Amortisation = Anschaffungskosten / (durchschn. Gewinn + Abschreibungen) Kompressionskälteanlage: T Kompression = / (51.996,27 /a ,80 /a) = 13,95 a Absorptionskälteanlage: T Absorption = / ( ,49 /a ,53 /a) = 13,86 a Bei beiden Varianten amortisiert sich das Kältenetz nach etwa 14 Jahren! Die Absorptionskältemaschine ist ca. 1 Monat früher amortisiert! Seite 8

10 3. Alternative zur Verbesserung Bei der vorhergehenden Berechnung wurde mit 1000 Benutzungsstunden im Jahr sehr vorsichtig gerechnet. Nun soll dargestellt werden, wie sich eine Erhöhung der jährlichen Nutzungsdauer auf 2000 Stunden auswirkt. Ergebnisübersicht bei 2000 Nutzungsstunden: Einheit Kompressionskälteanlage Absorptionskälteanlage Gesamtkosten /a , ,51 Gewinn /a , ,49 Rentabilität % 27,87 38,06 Amortisation a 4,85 4,05 Durch eine Verdoppelung der jährlichen Ausnutzung steigen die jährlichen Erlöse um ein Vielfaches und die Amortisationszeit kann um fast 10 Jahre reduziert werden. Die Absorptionskältemaschine bleibt dabei natürlich die bessere Variante. 4. Fazit Ein Kältenetz mit Absorptionskältemaschinen ist wirtschaftlicher als die Variante mit herkömmlichen Kompressionskältemaschinen. Den Nachteil der höheren Investitionskosten wird durch die teilweise kostenlose Energiebereitstellung mehr als ausgeglichen. Bei der Berechnung mit einer jährlichen Nutzungsdauer von 1000 Stunden wurde noch sehr vorsichtig gerechnet. So ergeben sich im Vergleich zur Investition ein relativ niedriger jährlicher Gewinn und auch eine sehr lange Amortisationszeit von ca. 14 Jahren. Durch eine Verdoppelung der Nutzungsdauer ergeben sich wesentlich höhere Gewinne und eine vergleichsweise geringere Amortisationszeiten von ca. 4 und 5 Jahren. Aus diesem Rechenbeispiel ergibt sich, dass genauere Datenerhebungen bezüglich der Kältelastgänge in den Unternehmen erforderlich sind um eine exaktere wirtschaftliche Berechnung durchzuführen. Bisher standen die Stadtwerke Augsburg diesem Konzept eines Kältenetzes aufgrund der hohen Investitionskosten eher skeptisch gegenüber. Lieber möchte man mobile Kompressionskälteanlagen einsetzen, um sich die Kosten für das Netz zu sparen und gleiche Erlöse zu erzielen. Jedoch könnte man auf Jahre gesehen mit einem solchen Kältenetz ebenfalls eine Menge Geld verdienen. Beim Fernwärmenetz musste ja auch erst einmal in Vorleistung gegangen werden und jetzt stellt es eine wichtige Einnahmequelle für die Stadtwerke dar. Außerdem ist es aus Sichtweise des Umweltschutzes unsinnig vorhandene und kostenlose Energie ungenutzt zu lassen und stattdessen zusätzlich Strom und Emissionen zu erzeugen. Seite 9

11 5. Quellenangaben Diplomarbeit zum Thema Kälte aus Fernwärme von 6. Rechtsverbindliche Erklärung Ich versichere, dass ich die Studienarbeit selbstständig verfasst, keine anderen als die angegebenen Quellen oder Hilfsmittel benützt sowie wörtliche und sinngemäße Zitate als solche gekennzeichnet habe. (Ort) (Datum) (Unterschrift) Seite 10