F&E Vorhaben KWK Optimierung PtJ Statusseminar Effiziente Fernwärmenutzung für Low Ex-Gebäude Berlin, 04./05. Oktober 2007 Vattenfall Europe Hamburg AG Jens Beecken Peter Blein
Inhalt Übersicht über das Vorhaben Das Thema LowEx Hamburger Fernwärmesystem Regelkonzept Hydraulische Restriktionen - Wasserverteilung Optimierte Vorlauftemperaturkurve Verwendung der Ergebnisse beim Anlageneinsatz Ökonomische und Ökologische Bewertung Speichernutzen des Netzes Ausblick 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 2
Daten des Vorhabens Vorhabenbezeichnung Maximierung der Kraftproduktion durch optimale Nutzung des Energiebedarfes im Fernwärmenetz Arbeitstitel: Förderkennzeichen: KWK Optimierung 0327350A Selbstkosten des Vorhabens 1,26 Mio Bearbeitungszeitraum 01.06.2003 bis 30.04.2007 Aktueller Stand Abschlußbericht fertig gestellt 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 3
Verwendete Softwaresysteme SIR-3S: Kennlinien Ebsilon: Kennlinien Bofit: Zeitreihenoptimierung Bofit SIR 3S Ebsilon PI-Datenbank 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 4
Wesentliche Arbeiten und Erkenntnisse Zusammenführung der Softwaresysteme Erzeugung/Verteilung Verteilung Erweiterung der Software Sir3S um thermohydraulische Online- und Offline- Berechnungen durchführen zu können -> Wirkung von Wasserverteilung und Vorlauftemperatur auf die Versorgung der Kunden Erzeugung Erstellung von Ebsilonmodellen die über den gesamten Lastbereich der Erzeugungsanlagen gültig sind (möglichst hohe Genauigkeit) -> Wirkung von Wasserverteilung und Vorlauftemperatur auf die KWK Stromproduktion Netzspeicherung Untersuchung des Wirkungsmechanismus einer Vorlauftemperaturanhebung auf das Gesamtsystem -> Zeitkonstanten, Einfluß auf die KWK Stromproduktion 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 5
Das Thema LowEx Carnot - Prozess Tmax = 540 Grad C ENERGIE = EXERGIE + ANERGIE ENERGIE in % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Kondensation KWK KWK + LowEx ANERGIE ANERGIE ANERGIE Exergieverl. Exergieverl. EXERGIE EXERGIE EXERGIE 01 150 2 50 3 Tmin in Grad C 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 6
P- Q Diagramm Elektrische Leistung Kleinlastlinie Volllastlinie Gegendrucklinie 0,45 MW / K 0,33 MW / K VL Temp. 90 C 95 C 100 C 105 C 110 C 115 C 120 C 125 C 135 C Fernwärmeleistung 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 7
Formel für Wärmestrom Q& = m& c Δϑ = m& c p p ( ϑ ϑ VL RL ) Q & m& Δϑ ϑ VL ϑ RL c p c p Wärmestrom oder Wärmeleistung [W] Massenstrom [kg/s] Temperaturdiff. des aufgewärmten/abgekühlten Mediums [K] Vorlauftemperatur [ C] Rücklauftemperatur [ C] Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck [J/(kg K)] Mittlere spez. Wärmekapazität bei konst. Druck [J/(kg K)] 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 8
Hamburger Fernwärmesystem 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 9
Schlechtpunktregelung 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 10
Hydraulische Restriktionen - Wasserverteilung 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 11
Optimierte Vorlauftemperaturkurve 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 12
Verwendung der Ergebnisse beim Anlageneinsatz Off- Line- Betrieb für Planung (heute für morgen) ebsilon Konfigurationsdaten Erzeugungsanlagen Zusätzlich Eingabegrößen BoFiT TEP: Brennstoffpreise Strompreise / Fahrplan Lastprognose & Lufttemp Geplanter Anlageneinsatz BoFiT - LP BoFiT - TEP VL- Temp = f(lufttemp) Hydraulische Restriktionen Sir 3S 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 13
Ökonomischer Nutzen 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 14
Ökologischer Nutzen Für das Jahr 2006 ergibt sich optimiert: Steigerung der KWK Stromproduktion Zugehörige CO2 Emission entspricht bzw. Nach NAP II (Nationaler Allokationsplan) gilt für die besten Steinkohlekraftwerke ein Wert von Verglichen mit diesem Benchmarkwert ergibt sich eine CO2 Reduzierung von 98 GWh 56.700 t 578 t CO2 / GWh 578 g CO2 / kwh 750 g CO2 / kwh 16.837 t CO2 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 15
Speichernutzen des Netzes 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 16
Ausblick 2007 Nutzung der aufgezeigten Effizienzsteigerung, ca. 6% mehr KWK Stromproduktion mit den bestehenden Anlagen bei gleichem Wärmebedarf 2007 2009 Weitergehendes Forschungsvorhaben Neue Methoden zur Effizienzsteigerung von Fernwärmeerzeugungsanlagen 2008 GuD Anlage verdrängt Spitzenlast d.h. zusätzliche Stromproduktion und geringere CO2 Emission 2012 Moorburg verdrängt HKW Wedel d.h. durch besseren Wirkungsgrad geringere CO2 Emission 04./05.10. 2007 Jens Beecken / Peter Blein VE Hamburg 17
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit