Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. 4. Erfahrungsaustausch Kommunale Geothermieprojekte 18. April 2013, Augsburg Eigenstromversorgung mit Blockheizkraftwerken für die Tiefengeothermie Jens M. Kuckelkorn, M. Helm, C. Wuschig ZAE Bayern ZAE Bayern Kurzkommentar Hans-Peter Ebert Bayerisches 24. Januar 2012 Zentrum für Angewandte Energieforschung 1
Geothermie-Energiezentrale: Mögliche konzeptionelle Zielsetzungen Reduzierung des Bedarfs an Brennstoffen Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Reduzierung der Stromkosten Zuverlässige Funktionalität der technischen Anlagen (Vermeidung hoher Komplexität) Betriebskosten und Investkosten minimieren Primärenergiebedarf minimieren CO 2 -Äquivalent-Emissionen minimieren 2
Förderprogramme: KWK-Bonus und Förderung des Netzausbaus Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz Blockheizkraftwerke sind von der Energiesteuer auf Erdgas bzw. Heizöl befreit, wenn ein Mindestnutzungsgrad von 70 % erreicht wird (unter 2 MW Gesamtleistung) Einspeisevergütung bzw. Erzeugungs-Bonus Einspeisung zum marktüblichen Grundlaststrompreis der EEX Rückerstattung der vermiedenen Stromnetzkosten FAZIT: Eigennutzung interessanter als Stromeinspeisung Erzeugungsförderung / /kwh 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Erzeugungsförderung bis 50 kw 0,054 /kwh bis 250 kw 0,040 /kwh bis 2000 kw 0,024 /kwh über 2000 kw 0,018 /kwh 0,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 elektrische Leistung / kw 3
KWK in der Mittellast: Fallbeispiel Blockheizkraftwerk (BHKW) Industriemotor (ca. 600 /kw el ) Heizöl-BHKW oder Erdgas-BHKW zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Einsatz während Mittel- und Spitzenlast Strom zur Eigenstromnutzung hoher Stromwirkungsgrad 50% teillastfähig Wärme wird in Mittellast der Fernwärme eingekoppelt niedrige Kühlwassertemperatur erforderlich erhöhter Hydraulikaufwand Wartungsaufwand (Wartungsintervalle) Stromerzeugung ca. 800 kw el Bildquelle: Jenbacher Motorkühlwasser und Rauchgasauskühlung: ca. 890 kw th 4
KWK in der Mittellast: Fallbeispiel Gasturbinen modular Gasturbine: (1000 /kw el ) geringe Wartungsintervalle platzsparend niedriger Stromwirkungsgrad höhere Investitionskosten Lebensdauer 80.000 h hohe Teillastfähigkeit Notstrom ohne Rückkühlung Temperaturbooster (Nachheizung) modularer Ausbau Bildquelle zu Abbildungen: Capstone 5
Kombination mit Absorptionswärmepumpe (AWP): Fallbeispiel einstufige, direkt befeuerte LiBr-AWP Einstufige, direkt befeuerte LiBr-AWP Einsatz in der Mittellast Antrieb durch Abgas und/oder Brenner Twin-Design für hohe Temperaturhübe (Real umgesetzte Anlage 32 -> 82 C) Wirkungsgrad (COP) ~ 1,65 Maschinenkosten ca. 120 /kw Heizleistung Antriebswärme 60% Wärme aus Geothermie 40% Fernwärme mit 40 % Geothermieanteil Bildquelle: Thermax 6
Stromerzeugung in der Mittellast: Wirkungsgrade und Kombination mit AWP Ziel: Abgas und ggf. Motorkühlung als Antrieb der Absorptionswärmepumpe Ergebnis: Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades gegenüber Einzelanlagen erhöhte Komplexität der Anlage Wirtschaftlichkeit für etwa 800 kw el bei Verschränkung Gasturbine+AWP nicht wesentlich anders als bei einzelnem Gas-BHKW und separater gasbefeuerter AWP. Bildquelle: ASUE 7
Energiezentrale: Fallbeispiel Strombedarf Ziel: Reduzierung der Stromkosten durch KWK-Stromerzeugung Beispiel mit 800 kw el BHKW elektrischer Leistungsbedarf [kw] 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Strombedarf Energiezentrale 2015: 1845 MWh el von 5003 MWh el = 37% 2020: 3291 MWh el von 6540 MWh el = 50% Regelung und Auslegung: stromgeführt: Erzeugung oder Bedarf wärmegeführt: nur bei max. TKP-Auslastung temperaturgeführt: T vl Fernwärme 0 50 100 150 200 250 300 350 Tage 8
Energiezentrale: Mittellast-BHKW 2015 Reduzierung der Stromkosten Jahresdauerlinie ab Energiezentrale 32.000 Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] 30.000 28.000 26.000 24.000 22.000 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 Spitzen- und Reservelast, Heizöl: 6.694 MWh, 20 MW, 335 Vlh Mittellast, BHKW: 2.050 MWh, 0,89 MW, 2.303 Vlh Grundlast, Geothermie: 55.102 MWh, 10 MW, 5.510 Vlh ca. 3,2% d. Gesamtwärme ca. 28% d. Spitzenlast 2015 Spitzenlast Öl/Gas 2015 keine Auswahl 2015 BHKW I 2015 Geothermie I 0 1 51 101 151 201 251 301 351 Tage [d] 9
Energiezentrale: Mittellast-BHKW 2015 Reduzierung der Stromkosten Jahresdauerlinie ab Energiezentrale 32.000 Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] 30.000 28.000 26.000 24.000 22.000 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 Spitzen- und Reservelast, Heizöl: 5.337 MWh, 30 MW, 178 Vlh ca. 80 C Mittellast, AWP: 23.214 MWh, 10 MW, 2.321 Vlh Mittellast, BHKW: 3.365 MWh, 0,89 MW, 3.781 Vlh Grundlast, Geothermie: 66.217 MWh, 10 MW, 6.622 Vlh 2020 Spitzenlast Öl/Gas 2020 AWP I 2020 BHKW I 2020 Geothermie I ca. 3,4% d. Gesamtwärme ca. 11% d. Mittel- u. Spitzenlast 0 1 51 101 151 201 251 301 351 Tage [d] 10
Energiezentrale: Grundlast-BHKW 2015 Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Jahresdauerlinie ab Energiezentrale 32.000 Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] 30.000 28.000 26.000 24.000 22.000 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 Spitzen- und Reservelast, Heizöl: 6.741 MWh, 20 MW, 337 Vlh Grundlast: TKP vs BHKW! 2015 Spitzenlast Öl/Gas 2015 keine Auswahl 2015 Geothermie I 2015 BHKW I Stromnutzung, Wärmenutzung Stromverkauf, Temperaturnutzung Grundlast 2, Geothermie: 49.609 MWh, 10 MW, 4.961 Vlh Grundlast 1, BHKW: 7.497 MWh, 0,89 MW, 8.424 Vlh 1 51 101 151 201 251 301 351 Tage [d] 11
Energiezentrale: Grundlast-BHKW 2020 Erhöhung der Fernwärme-Vorlauftemperatur Jahresdauerlinie ab Energiezentrale 32.000 Wärmeleistung ab Energiezentrale [kw] 30.000 28.000 26.000 24.000 22.000 20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 Spitzen- und Reservelast, Heizöl: 5.749 MWh, 30 MW, 192 Vlh Stromnutzung, Wärmenutzung Mittellast, AWP: 23.214 MWh, 10 MW, 2.321 Vlh Grundlast 2, Geothermie: 61.965 MWh, 10 MW, 6.197 Vlh 2020 Spitzenlast Öl/Gas 2020 AWP I 2020 Geothermie I 2020 BHKW I Stromverkauf, Temperaturnutzung 2.000 0 Grundlast 1, BHKW: 7.497 MWh, 0,89 MW, 8.424 Vlh 1 51 101 151 201 251 301 351 Tage [d] 12
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