Technologieübersicht und Anwendungsbeispiele im Projekt FlexiPower Karl-Peter Felberbauer, Gerfried Jungmeier, Klaus Payrhuber, Gerhard Totschnig, Gerhard Wolkerstorfer Experten-Workshop Flexible und schnell regelbare thermische Kraftwerke Graz, 25.06.2012
2 Inhalt Technologieübersicht im Projekt FlexiPower Technologie-Brennstoffkombinationen Datenbank - Kenndaten Anwendungsbeispiele im Projekt FlexiPower Möglichkeiten der Festlegung von Anwendungsbeispielen Bewertung der Anwendungsbeispiele
3 Arbeitspakete AP 1 Technologieübersicht, Datenbank (JR, TU Wien, VTP, GE Jenbacher) AP 2 Anforderungen & Marktteilnehmer (TU Wien, JR, GE Jenbacher) 1. Workshop 2. Workshop AP 3 Gesamtbewertung (JR, TU Wien, VTP, GE Jenbacher) AP 4 Modellierung (TU Wien, JR, VTP, GE Jenbacher) AP 5 Empfehlungen & Perspektiven (JR, TU Wien, VTP, GE Jenbacher) AP 6 Projektkoordination & -dokumentation (JR, TU Wien, VTP, GE Jenbacher)
4 Technologie-Brennstoffkombinationen kommerzielle (Heiz)kraftwerke Brennstoffe Gas- und Dampfturbine Gasturbine Dampfturbine Verbrennungsmotor Stirling Brennstoffzelle ORC-Prozess fossile Brennstoffe Kohle I I/Z Z Erdgas I/Z I/Z I I/Z I/Z Heizöl S I I/Z Heizöl EL I I I I/Z biogene Brennstoffe Hackgut Z I/Z I/Z I/Z Z I/Z Pflanzenöl I/Z Biodiesel I Bioethanol I synth. Biotreibstoffe Z Pyrolyseöl Z Biogas I/Z Z Biomethan Z Z Z I/Z sonstige Brennstoffe Abfälle I/Z I/Z Wasserstoff Z Z I/Z I/Z Stahlgase (Koksgas, Gichtgas) I I I I I IST derzeit interessant und im kommerziellen Einsatz Z Zukunft.zukünftig technisch interessant mit weiterer Möglichkeit zur Flexibilisierung
Ausgewählte Technologie-Brennstoffoptionen im Überblick Gas- und Dampftturbine Gasturbine Dampfturbine Erdgas Biomethan H 2 Erdgas Biomethan H 2 Kohle Hackgut Verbrennungsmotor Erdgas Heizöl S Heizöl EL Pflanzenöl Biogas H 2 Hackgut Biomethan Deponiegas Brennstoffzelle ORC-Prozess Erdgas H 2 Hackgut
6 Datenbank - Kenndaten Nennleistung in 3 Leistungsklasse Minimale Einspeiseleistung Mindest-Stillstandszeiten nach Shutdown Lastgradienten [%/min] Zeit-Leistungs- und Wirkungsgradkurven (P 0 P min P nenn P 0 ) Heißstart (Stillstand < 8 h) Warmstart (8h > Stillstand < 50 h) Kaltstart (Stillstand > 50 h) Revisionsintervalle (große, kleine Revision) Technische Lebensdauer Beispielkraftwerk Ihre Unterstützung bei der Datensammlung - sehr willkommen!!!
7 Inhalt Technologieübersicht im Projekt FlexiPower Technologie-Brennstoffkombinationen Datenbank - Kenndaten Anwendungsbeispiele im Projekt FlexiPower Möglichkeiten der Festlegung von Anwendungsbeispielen Bewertung der Anwendungsbeispiele
8 Festlegung von Anwendungsbeispielen Möglichkeiten Bereitstellung von Regelleistung Vergleichende Bewertung der Technologien anhand von festgelegten Zeit-Leistungs-Kurven Vergleichende Bewertung von Technologien vor und nach Flexibilisierungsmaßnahmen
9 Vergleichende Bewertung von Technologien Anwendungsfelder Sekundärregelung (innerhalb von 5 Minuten) Tertiärregelung (innerhalb von 15 Minuten) Festlegung von zugesicherten Leistungsniveaus Sekundärregelung (derzeit Regelzone APG: +/- 200 MW) Tertiärregelung (derzeit Regelzone APG: + 280 MW, -125 MW) Festlegung Häufigkeit der Nutzung in einem Jahr Festlegung der Technologien zur Bereitstellung z.b.1 GuD KW á 400 MW vs. 40 Gasmotoren á 10 MW z.b.1 GuD KW á 400 MW inkl. Bypass vs. 40 Gasmotoren á 10 MW z.b. 1 GT KW á 150 MW vs. 3 Aeroderivative-GT á 50 MW z.b. 3 Aeroderivative-GT á 50 MW vs. 15 Gasmotoren á 10 MW
Zugesicherte Leistung [%] 10 Bereitstellung von Sekundär/Tertiärregelung 100 Technologie A Technologie B 0 5 bzw. 15 Zeit [min]
11 Festlegung von Anwendungsbeispielen Vergleichende Bewertung Zeit-Leistungs-Kurven Allgemein: Vorgabe von Zeit-Leistungs-Kurven & Häufigkeit der Nutzung (Anlehnung an Automobilindustrie) Festlegung von schrittweise zu erfüllenden Leistungsniveaus Festlegung von 3 charakteristischen Zeit-Leistungs-Kurven jeweils über die Dauer 1 Woche 3 Jahreszeiten: Winter, Übergangszeit, Sommer abhängig von erforderlicher Residuallast je nach Saison (z.b. Produktionscharakteristik von PV und Wind) Typischer Wochentag & typisches Wochenende typische Woche im Winter, Übergangszeit, Sommer Generierung einer Zeit-Leistungs-Kurve über 1 Jahr
Leistung [%P nenn ] 12 100 Festlegung von schrittweise zu erfüllenden Zeit-Leistungs-Kurven 2 Grundlast 5 1 Start 3 Lastfolgebetrieb Minimallastbetrieb Schnell- Stop min 4 0 Zeit [h]
Leistung [%P nenn ] 13 100 Mögliche Zeit-Leistungs-Kurven Sommerwoche 2 2 Erhöhter Bedarf (vor Sonnenaufgang, nach Sonnenuntergang) min 0 1 PV Einspeisung Shutdown über Nacht 3 Mo Di Mi Do Fr Sa So Zeit [h] 4 Shutdown tagsüber und in der Nacht
14 Festlegung von Anwendungsbeispielen Vergleichende Bewertung von Technologien vor und nach Flexibilisierungsmaßnahmen Vergleich von Startup- und Shutdown Zeiten vor und nach Flexibilisierungsmaßnahmen Berücksichtigung der Auswirkungen auf Kosten THG-Einsparungen Anwendung der Technologien mit Flexibilisierungsmaßnahmen Bereitstellung Regelleistung Zeit-Leistungs-Kurven Festlegung der Technologien z.b. konventioneller Start eines GuD KW vs. Verbesserter Start (z.b. FACY-Konfiguration von Siemens) z.b. GuD KW ohne Fernwärmespeicher vs. GuD KW mit Fernwärmespeicher (zeitliche Entkoppelung von Strom- und Wärmeproduktion)
Leistung [%P nenn ] 15 Vergleichende Bewertung vor und nach Flexibilisierungsmaßnahmen 100 40 min 0 Technologie A konventioneller Start Technologie A nach Umsetzung Flexibilisierungsmaßnahmen Zeit [min]
16 Anwendungsbeispiele Möglichkeitsmatrix Technologie- Brennstoffkombination Sekundärregelung Tertiärregelung Gas- und Dampfturbine 3 3 3 Gasturbine 3 3 3 Dampfturbine 2 2 2 Verbrennungsmotor 9 9 9 Brennstoffzelle 2 2 2 ORC-Prozess 1 1 1 Derzeit etwa 60 Anwendungsbeispiele Zeit-Leistungskurven im Jahresablauf
17 Bewertung der Anwendungsbeispiele Technisch, Ökologisch Technisch Vergleich von Lastrampen Vergleich von Startup/Shutdown-Zeiten Mindestlast Nennlast Shutdown Teillastfähigkeit - Wirkungsgrad je nach Leistungsniveau Vergleich von möglichen technischen Anwendungsportfolios Ökologisch Vergleich der Treibhausgasemissionen je nach Zeit-Leistungs-Kurve, Bereitstellung von Regelleistung z.b. Einsparung THG-Emissionen Shut-Down über Nacht & Heißstart in den Morgenstunden versus Teillastbetrieb über Nacht
18 Bewertung der Anwendungsbeispiele Ökonomisch Vergleich der Kosten pro Start je Technologie Vergleich der Kosten je Zeit-Leistungs-Kurve und je Bereitstellung von Regelleistung Vergleich der eventuellen Mehrkosten durch Flexibilisierungsmaßnahmen je Technologie vs. Technologie ohne Flexibilisierungsmaßnahmen
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Projekt Partner: Ansprechpartner DI (FH) DI Karl-Peter Felberbauer karl-peter.felberbauer@joanneum.at Fördergeber: DI Dr. Gerfried Jungmeier gerfried.jungmeier@joanneum.at JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbh RESOURCES Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit Energieforschung Elisabethstraße 18/II, 8010 Graz +43 316 876-1332