ENERGIE UND UMWELT
MONTAGE EINER KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGE MIT VERBRENNUNGSMOTOR ZUR KOMBINIERTEN STROM- UND WÄRMEPRODUKTION Ttel Abstract und Zelsetzung Sachberech MONTAGE EINER KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGE MIT VERBRENNUNGSMOTOR ZUR KOMBINIERTEN STROM- UND WÄRMEPRODUKTION Ene Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mt Verbrennungsmotor produzert glechzetg Strom und Wärme n der Nähe der Entnahmestelle und ermöglcht m Verglech zur getrennten Produkton Ensparungen an Prmärenerge. Der Vortel deser Lösung legt n der Möglchket, be enem Gesamtlestungsgrad von bs zu 90% enen Tel oder den gesamten Egenbedarf an Wärme und Strom durch Egenprodukton zu decken. Eco-desgn Lean Management Energe und Umwelt Nachhaltge Mobltät Beschrebung Möglche Zelgruppe Ausführlche Darstellung De Möglche Zelgruppe snd Unternehmen mt erheblchem Energebedarf, darunter: Bäckereen, Gerbereen, Metall-, Maschnenbau-, Holz-, Textl-, Kunststoff-, Lebensmttelndustre, Schuhhersteller, etc. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen bestehen aus: - Enem Verbrennungsmotor - Enem Stromgenerator - Enem System zur Rückgewnnung der genererten Wärmeenerge De Wärme wrd durch Wärmetauscher gewonnen aus: - Wasser aus dem Kühlkreslauf der Zylnder - Öl - Intercooler des Motors - Abgasen Defntonen: - Mn-KWK-Anlagen: P< MW - Mkro- KWK-Anlagen: P< 50 kw Strengths Senkung der Energekosten Hohe Erträge auch be gernger Lestung Velsetg, reagert be plötzlchen Spannungsänderungen sowe häufgen Starts und Stopps Weaknesses Hohe Startnvestton Rentert sch, wenn der Wärmebedarf bs zu 500 Stunden/Jahr beträgt Hohe Erträge nur, falls Strom und Wärme glechzetg erforderlch snd 7
Große Auswahl ensetzbarer Trebstoffe: flüssg und gasförmg Anlagen modular aufgebaut Begrenzte Enhetskosten für jedes nstallerte kw Inselbetreb möglch Glechmäßge Vertelung der Produkton: De KWK trägt zur Stabltät des Stromsystems be Ausfällen be Opportuntes Anpassung der Anlage an de Normen Steuerbegünstgungen auf Verbrauchssteuer für Erdgas Ideal für Fernwärmeprodukton Mt erneuerbaren Energequellen ntegrerbar: Bogas, Bodesel Eventueller Stromüberschuss kann n das natonale Stromnetz engespest werden; be Maschnen bs zu 00 kw glt der Austausch vor Ort ( scambo sul posto ) Großtel der Wärme wrd be nedrger Temperatur generert (<00 ) De durchschnttlch erforderlche Stromstärke muss unterhalb von 8 MW legen Hohe Wartungskosten Komplexe Genehmgungswege Normerung ändert sch m Laufe der Zet Egene Flächen/Räume: Lärm, Vbratonen des Verbrennungsmotors Threats Kosten be Maschnenstllstand Unscherhet über de Entwcklung der NS-/ MS-Stromvertrebsnetze ( Smart Grd ) Unscherhet über Förderpläne für KWK Bewertung der Anwendbarket Um den wrtschaftlch vortelhaften Ensatz der KWK-Anlage zu schern, muss der Bedarf an Strom und Wärme glechzetg und erheblch sen. De Technologe des Verbrennungsmotors st de vorrangge Lösung für klene und mttlere Anlagen m Falle von Wärmebedarf be nedrgen Temperaturen. Be der Bemessung wrd de Wärmeprodukton an erster Stelle berückschtgt. De KWK egnet sch daher für Unternehmen mt erheblchem Wärmebedarf. Technsche Bewertungselemente Bewertungselemente (wrtschaftlch / ökologsch) Folgende Bedngungen müssen geprüft werden: - Glechzetges Aufkommen des Bedarfs an Strom und Wärme, Wärmeentnahmestelle n der Nähe der Anlage - Stabltät des Bedarfs an Strom und Wärme, Wärmeentnahmestelle n der Nähe der Anlage - Wärmebedarf unter 500 Stunden/Jahr, Strombedarf bs zu 8 MW - Optmales Verhältns zwschen Wärmebedarf und Strombedarf:. Wecht das Verhältns von desem Wert ab, wrd de KWK-Anlage auf der Grundlage des gerngeren Bedarfs bemessen, damt de gesamte produzerte Strom- und Wärmelestung genutzt und Wärmeüberschüsse, de ansonsten verloren gehen würden, vermeden werden. Eventuelle Stromüberschüsse können ns Stromnetz engespest werden. Be der wrtschaftlch-ökologschen Bewertung wrd de Energenachfrage für de derzetge Stuaton analysert: Man telt de Betrebsstunden, n denen erheblcher Bedarf an Strom und Wärme besteht n ncht mehr als dre Zetabschntte auf (dese können mt den Zeträumen der Stromzufuhr überenstmmen), n denen der Bedarf an Strom und Wärme mehr oder wenger konstant st. Für jeden deser Zetabschntte werden alle erforderlchen Daten angeführt. Be der anzugebenden Temperatur [T] handelt es sch um de Höchsttemperatur. Bestehende Stuaton: Abschntt Abschntt Abschntt Stunden/Jahr glechzetgen Betrebs [h c ] Angeforderte Stromlestung [P e ] Angeforderte Wärmelestung [P e ] h kw kw Angeforderte Temperatur für de Wärmelestung [T ] 8
Zusammenfassung des vorgeschlagenen Engrffs: Anzahl der zu nstallerenden Maschnen [n] Art der KWK-Anlage Desel Erdgas GPL Dual-Fuel Stromlestung jeder Maschne [P el ] kw Jeder Maschne zu entnehmenden Wärmelestung [P th ] kw Trebstoffverbrauch pro kwh produzerten Stroms [ s ] kj/kwh GESAMT [INV] Pro Abschntt wrd de Betrebslestung mt folgenden Annahmen berechnet: de ausgegebene Stromlestung darf aus wrtschaftlchen Gründen jenen Wert, aufgrund dessen ncht de gesamte rückgeholte Wärme genutzt wrd, ncht überschreten; de ausgegebene Stromlestung darf aus Gründen des Ertrags ncht unter 0% der Rchtlestung ener enzelnen Maschne legen; de ausgegebene Stromlestung darf ncht unter jenem Wert legen, aufgrund dessen ene Entnahme aus dem Netz de benötgte Lestung überschreten würde. De Stromlestung W n [kw], de n jedem Zetabschntt produzert wrd, st der Mndestwert aus: n P el alle n Betreb befndlchen Maschnen P t P el /( k P th ) Stromlestung, de generert wrd, um den Wärmebedarf zu decken Auflagen: W = 0 wenn W < 0, P el zu gernge elektrsche Belastung W = Maxmum (W ; P e - PI) Netzentnahme über der benötgten Lestung vermeden, falls de Lestungsbeanspruchung des Netzes PI als glech dem Höchstwert (P e - n P el ; 0) angenommen wrd Durch den Koeffzenten k wrd anhand der Bedarfstemperatur berechnet, wevel der von der KWK-Anlage nsgesamt verfügbaren Wärme tatsächlch genutzt werden kann. Art der KWK-Anlage Koeffzent k Temperatur Kolbenmotor bs zu 0 0,5 über 0 bs zu 450 De erzelbare und extraherbare Wärme beläuft sch auf: Q = Mnmum (W P th k /P el ; Pt ) [kw] Der an das Netz abgegebene Strom E c setzt sch zusammen aus: Ec = Maxmum (W P e ; 0) h [kwh] De Schätzung der jährlchen Ensparung an Prmärenerge errechnet sch durch de Summe aller Zetabschntte: RL= {(FE /,6 s /600) Σ W h ( Σ Q h ) /ƞ 0 }/000 [MWh/Jahr] FE = Prmärenergeäquvalent für Strom [MJ/kWh] ƞ 0 = 0,85 st der üblche Wert für den durchschnttlchen Wärmeproduktonsertrag. De prozentuelle Energeensparung m Verglech zur getrennten Produkton von Strom und Wärme beträgt: s Q h FE 6,6 W h 0 = PES = 00 - = [%]< KWK mt hohem Ertrag (.A.R.): KWK laut Legslatvdekret Nr. 0/007 west enen hohen Ertrag auf und wrd deshalb bezuschusst, falls der Wert PES mndestens 0% entsprcht oder über 0 legt, wenn de Stromlestung wenger als.000 kw beträgt. 9
De Ensparung an O wrd we folgt geschätzt: 00 Q h FUNDIERTHEIT DER DATEN 0 EE W h 600 s W h [t/jahr] De Daten entbehren jeglcher Grundlage, wenn de jährlchen Betrebsstunden zu hoch snd oder de erzelbare Wärme m Verglech zum Motortyp und der angegebenen Stromlestung zu hoch erschent. Ene wetere Kontrolle wrd am erwarteten spezfschen Verbrauch vorgenommen, der als zu optmstsch glt, wenn er be Desel unter 7.500 bzw. be Dual Fuel unter 8.500 [kj/kwh] legt. Umweltauswrkung: De klmaverändernden Emssonen (besonders O ) werden dank des gerngeren Verbrauchs an Prmärenerge drastsch reduzert: Daher glt KWK als Tel der nachhaltgen Energepoltk und entsprcht den 0-0-0 -Zelen der EU und den weteren Bestmmungen zum Umweltschutz. Gerngere Emssonen von Trebhausgasen und anderen Schadstoffen durch den gerngeren Trebstoffverbrauch m Verglech zu herkömmlchen Systeme (0% bs 0% wenger). Wer ene kwh Strom mt ener Erdgasanlage produzert, spart bespelswese rca 450 Gramm O m Verglech zu enem herkömmlchen System zur getrennten Produkton von Strom und Wärme. Anwendungsbespele Beschrebung Es wrd en klener Industrebetreb analysert, dessen Erdgasverbrauch für Hezung ca. 50.000 m³/jahr beträgt, und der enen Produktonszyklus mt Schchten betrebt (6 Std.). Verwendeter Brennstoff: Erdgas Abschntt Abschntt Abschntt Stunden/Jahr glechzetgen Betrebs [h c ] 500 500 - h Angeforderte Stromlestung [P e ] 00 00 - kw Angeforderte Wärmelestung [P t ] 500 500 - kw Angeforderte Temperatur für de Wärmelestung [T ] 85 85 - Es wrd de Montage Enhet mt Erdgas-Verbrennungsmotor empfohlen: Stromlestung jeder Maschne [P el ] 60 kw Jeder Maschne zu entnehmenden Wärmelestung [P th ] 500 kw Trebstoffverbrauch pro kwh produzerten Stroms: der spezfsche Gesamtverbrauch an Erdgas beträgt 98,69 m³/h, de gerngere Wärmelestung von Erdgas 5.059 MJ/Smc, daher entsprcht s = 9600 kj/kwh GESAMT [INV] 890 000 Aus der Tabelle zum Koeffzenten k geht folgender Wert hervor: k= De vom Netz geforderte Lestung PI entsprcht 0. De erzelbare und extraherbare Wärme unter Berückschtgung der korrekt am Bedarf ausgerchteten Anlagengröße beläuft sch auf: Q = Mnmum (W P th k /P el ; Pt ) = 500 kw Der an das Netz abgegebene Strom E c setzt sch zusammen aus: Ec = Maxmum (W P e ; 0) h = Maxmum ((60 00);0 ) 000= 0 000 kwh 0
De Schätzung der jährlchen Ensparung an Prmärenerge errechnet sch durch de Summe aller Zetabschntte: RL= {(FE /,6 s /600) Σ W h ( Σ Q h ) /ƞ 0 }/000 = 79,87 [MWh/Jahr] was ener wrtschaftlchen Ensparung von.79,87 0,0.000 = 545.97 pro Jahr entsprcht. FE = Prmärenergeäquvalent für Strom = 7,8 MJ/kWh ƞ 0 = 0,85 st der üblche Wert für den durchschnttlchen Wärmeproduktonsertrag. De prozentuelle Energeensparung m Verglech zur getrennten Produkton von Strom und Wärme beträgt: Q h = FE 6,6 W h 0 = PES = 00 ( s = 48,66 % De KWK west laut Legslatvdekret Nr. 0/007 enen hohen Ertrag auf und wrd bezuschusst, da der Wert PES mndestens 0% entsprcht oder über Null legt, wenn de Stromlestung wenger als.000 kw beträgt. De Ensparung an O wrd we folgt geschätzt: 00 54,954 t/jahr 0 Q h EE W h 600 s W h = Kontaktdaten (nterne Nutzung) Unternehmen / Enrchtung Adresse Telefon Fax E-mal Webste Kontaktperson onfartganato Vcenza categore@confartganatovcenza.t www. confartganatovcenza.t Ing. Vlad Rva Hnwese / Bezüge Vertefende Dokumente www.autorta.energa.t www.agenzadogane.gov.t Technschwssenschaftlche Bblographe MD 04/08/0 ogenerazone ad alto rendmento (KWK mt hohem Ertrag) MD 05/09/0 Defnzone del nuovo regme d sostegno per la cogenerazone ad alto rendmento (neue Fördermaßnahmen für KWK mt hohem Ertrag) MD vom 6. Jul 0 Incentv agl mpant d cogenerazone almentat da font rnnovabl (Fördermaßnahmen für KWK-Anlagen mt Versorgung aus erneuerbaren Energequellen) Le Tecnologe della ogenerazone, Anna Stoppato, Unverstà Stud d Padova, 004