Vorläufige Ergebnisse des EdZ-Projektes: Energetisch und wirtschaftlich optimierte Biomasse-Kraft-Wärmekopplungssysteme auf Basis derzeit verfügbarer Technologien. DI Dr. Richard Zweiler Veranstaltet von: 1
Ausgeführte Anlagen in Österreich Dampfmotor Gegendruckdampfturbine Entnahmekondensationsdampfturbine Aktion/Reaktion, Entnahme/Anzapfung ORC Demoanlagen: Stirling Dampfschraubenexpander Beschränkung: Verbrennung, rechtsläufiger Kreisprozeß 2
Optimiertes KWK-System Ermittlung der optimalen Anlagenverschaltung Anonymisierte Erhebung der Referenzanlagen Definition Leistungsgröße ORC 1 MW el Gegendruckturbine 1 MW el Entnahme-Kondensationsturbine 2 MW el Spitzenlast Fernwärme 6 MW Ermittlung der Investitionskosten Aus aktuell installierten Anlagen Herstelleranfragen 3
Prozesssimulation Prozesssimulationsumgebung: EES Professional Berechnung Jahreslastkurve Fernwärmenetz Jahressimulation auf Stundenbasis Klimadaten Wien Gute Übereinstimmung mit existierenden FW-Netzen Betriebsparameter aus realen Anlagen Vergleichsgröße: Spez. Brennstoffkosten im Jahre 0 4
Wärmeabnehmer/Fernwärmenetz 6000 6MW Spitze, 4% Bandlast 5500 5000 4500 Fernwärmenetzleistung [kw] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Stunden pro Jahr
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Basis: technische Simulation Dynamische Berechnung Laufzeit 12 Jahre Investitions-, Betriebskosten Erlöse: Wärme, Ökostrom (Industrieholz) Preisindizes Jahresnutzungsgrad mindestens 60% (Vorgabe Ökostromgesetz) 6
Berechnungsbasis Fernwärmeverkaufspreis /MWh (lt. Ökostromverordnung 2008) 26,00 Ökostromtarif /MWh (lt. Ökostromverordnung 2008) 117,3 Zinssatz 6,0% Laufzeit Leasing in Jahren 10 Ökostromlaufzeit in Jahren 12 Preisindex Manpower und Sonstiges 2,90% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Ascheentsorgung 4,30% Preisindex Wartung/Instandhaltung 2,43% Preisindex Versicherungen 2,90% Preisindex Betriebsmittel 0,86% Preisindex Wärmeverkauf 3,26% 7
Ergebnisse Gegendruckdampfturbine 8
Gegendruckdampfturbine 9
Variation des Preisindex Brennstoff (Hackgut) 26 Preisindex Brennstoff 5,50% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Brennstoff 6,50% Preisindex Brennstoff 4,00% Preisindex Brennstoff 3,00% 24 10 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Bandlast Fernwärmenetz [%]
Fernwärmebandlast 70% 9000 8500 8000 Q_FW Q_Rückkühler Q_netto,el Q_Brennst Q_Kessel Q_7,1 Kond Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,834 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0,131 7500 7000 6500 6000 5500 11 Leistung [kw] 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Stunden pro Jahr
Variation des Preisindex Brennstoff 22 Preisindex Brennstoff 5,50% Preisindex Brennstoff 4,78% Preisindex Brennstoff 6,50% Preisindex Brennstoff 4,00% Preisindex Brennstoff 3,00% 20 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 12-4 Bandlast Fernwärmenetz [%]
Variation der Kondensationstemperatur 20 spezifische Brennstoffkosten t1=95 C spezifische Brennstoffkosten t1=80 C 19 18 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-3 13-4 Bandlast Fernwärmenetz [%]
Variation der Mindestkondensatorleistung 9000 8500 8000 Q_FW Q_Rückkühler Q_netto,el Q_Brennst Q_Kessel Q_7,1 Kond Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,603 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0,109 7500 7000 6500 6000 5500 Leistung [kw] 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 14 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Stunden pro Jahr
Variation der Mindestkondensatorleistung 5,8 spezifische Brennstoffkosten Gesamtjahresnutzungsgrad 0,75 5,6 15 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh] 5,4 0,70 5,2 5,0 0,65 4,8 4,6 0,60 4,4 4,2 0,55 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Mindestkondensatorleistung Q7,1min [MW] Bandlast 20% Gesamtjahresnutzungsgrad [1]
Variation der Mindestkondensatorleistung 11,55 spezifische Brennstoffkosten Gesamtjahresnutzungsgrad 0,90 11,50 0,85 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh] 11,45 11,40 11,35 11,30 11,25 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 Mindestkondensatorleistung Q7,1min [MW] 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 Gesamtjahresnutzungsgrad [1] 16 Bandlast 40%
Variation der Frischdampftemperatur 11,45 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 11,40 11,35 11,30 11,25 11,20 400 405 410 415 420 425 430 435 440 Frischdampftemperatur t6 [ C] 17 Bandlast 40%
Variation des Frischdampfdrucks 11,80 11,70 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 11,60 11,50 11,40 11,30 11,20 11,10 11,00 10,90 10,80 10,70 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Frischdampfdruck p6 [bara] 18
Kennlinie isentroper Turbinenwirkungsgrad 0,75 isentroper Turbinenwirkungsgrad Polynomisch (isentroper Turbinenwirkungsgrad) 0,70 isentroper Turbinenwirkungsgrad [1] 0,65 0,60 0,55 0,50 y = -0,2500x 2 + 0,6114x + 0,3459 0,45 0,40 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Dampfmassenstrom / Nenndampfmassenstrom [1] 19
Variation des isentropen Nennturbinenwirkungsgrades 40% Band (mit 11,32 /MWh Br.) 20% Band (mit 4,29 /MWh Br.) 60% Band (mit 15,60 /MWh Br.) Break-Even Investitionskosten [ ] 6.300.000 6.250.000 6.200.000 6.150.000 6.100.000 6.050.000 6.000.000 5.950.000 5.900.000 5.850.000 5.800.000 5.750.000 5.700.000 5.650.000 5.600.000 5.550.000 5.500.000 5.450.000 5.400.000 5.350.000 5.300.000 5.250.000 5.200.000 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 isentroper Nennturbinenwirkungsgrad [%] 20
Variation des Fernwärmeverkaufspreises 26 Fernwärmeverkaufspreis 26 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 20 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 15 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 30 /MWh Fernwärmeverkaufspreis 35 /MWh 24 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-6 21-8 Bandlast Fernwärmenetz [%]
Abgezinste Erlöse: Wärme/Ökostrom 20.000.000 abgezinster Erlös aus Ökostrom (12 Betriebsjahre) abgezinster Erlös aus Wärmeverkauf (12 Betriebsjahre) 19.000.000 18.000.000 17.000.000 16.000.000 15.000.000 14.000.000 abgezinste Erlöse [ ] 13.000.000 12.000.000 11.000.000 10.000.000 9.000.000 8.000.000 7.000.000 6.000.000 5.000.000 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000-4 12 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Bandlast Fernwärmenetz [%] 22
Vergleich: Wasserringpumpe/Dampfstrahlapparat Wasserringpumpe 9kW elektrisch Investitionskosten: ~ 37.000,- Dampfstrahlapparat Frischdampfverbrauch ~85kg/h Investitionskosten: ~ 47.100,- 23
20 Selbstdeckung Eigenstrombedarf Symposium Optimierte KWK-Systeme Eigenstrombedarf Zukauf Eigenstrombedarf 18 Break-Even spezifische Brennstoffkosten [ /MWh Brennstoff] 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 24-4 Bandlast Fernwärmenetz [%]
Zusammenfassung Gegendruckdampfturbine Brennstoffmarktpreise: 25% verminderter Ökostromtarif (117,3 /MWh el.) Z.B. Industrieholz Erhöhung der Wirtschaftlichkeit: Gleitende Kondensationstemperatur Erhöhung der Bandlast Hoher Fernwärmeverkaufspreis Günstige Preisindizes 25
Ergebnisse Entnahmekondensationsdampfturbine 26
Entnahmekondensationsturbine 27
Gleichdruckturbine Geringere isentrope Nennturbinenwirkungsgrade 90% Bandlast bei 60% Gesamtjahresnutzungsgrad Break-Even: 11,59 /MWh Brennstoff (Industrieholz) 28 Leistung [kw] 13.000 12.500 12.000 11.500 11.000 10.500 10.000 9.500 9.000 8.500 8.000 7.500 7.000 6.500 6.000 5.500 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Q_15,10 (FW) Q_Brennst Q_netto,el Q_7,1 (Kond) Q_Kessel Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,607 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0,116 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Stunden pro Jahr
Reaktionsturbine Höhere isentrope Nennturbinenwirkungsgrade 70% Bandlast bei 60% Gesamtjahresnutzungsgrad Break-Even: 12,40 /MWh Brennstoff (Industrieholz) 11.000 10.500 10.000 Q_15,10 (FW) Q_Brennst Q_netto,el Q_7,1 (Kond) Q_Kessel Gesamtjahresnutzungsgrad: 0,657 el. Nettojahresnutzungsgrad: 0,148 9.500 9.000 8.500 8.000 Leistung [kw] 7.500 7.000 6.500 6.000 5.500 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 29 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Stunden pro Jahr
Detailbetrachtung Wie verschaltet man einen Wärmetauscher? Im Gegenstrom Oder doch im Gleichstrom?! 30
Heizkondensator (Gegenstrom 5MW) 160 Dampftemperatur Wassertemperatur 140 120 Temperatur [ C] 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Fläche [m²] 31
Heizkondensator (Gleichstrom 5MW) 160 Dampftemperatur Wassertemperatur 140 120 Temperatur [ C] 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Fläche [m²] 32
Dampfkesselleistung 33
Dampfkesselleistung 104% ECO V2 Ü2 Ü1 V1 103% 102% Änderung Kesselleistung Q_Kessel [%] 101% 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 130% 140% 150% 160% 170% Änderung ka [%] 34
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Auf der Homepage der Renet Güssing GmbH: http://www.renet-info.net stehen alle Präsentationen dieses Symposiums zum Download bereit. Veranstaltet von: Kontakt: DI Dr. Richard Zweiler Tel.: +43 5 9010 87521 Mail: r.zweiler@renet-info.net