Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE Wärmekraftkopplung mit Biogas für Fernwärmeversorgungen Martin Schaub, CTU-Conzepte Technik Umwelt AG Fernwärmewachstum und Innovationen 8. Tagung vom 15. Januar 2009 in Biel-Bienne
Inhalt Einführung Was ist Trigeneration Nutzung von fester Biomasse Technische Konzepte Stand der Technik Wirkungsgrade / Kosten Beispiele von Vergasungsanlagen Beispiel Trigeneration Schlussfolgerungen 05.05.2009 2
Einführung Es wurden mehrere WKK Ideen entwickelt, viele sind noch immer weit von der technologischen Reife Der Einsatz von alternativen erneuerbaren Energieträgern noch sehr schwach Die typische WKK ist heute entweder auf einem Motor oder auf einer Dampfturbine aufgebaut Die Wärmenutzung ist üblicherweise im Sommer schwierig bis unmöglich Wärmeführung erforderlich nur bei tiefen Investitionskosten möglich Trigeneretion könnte Ausweg bieten 05.05.2009 3
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Was ist Trigeneration? Zielsetzung ist maximale Nutzung der Ressourcen sowohl ökologisch wie ökonomisch Biomasse Stoffum- wandlung (Vergasung) Energie- umwandlung Strom Wärme Alternative Energieumwandlung SNG Erhöhung der Ausnutzung Ökonomische Optimierung (höhere Betriebszeit) 05.05.2009 5
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Nutzung von fester Biomasse (Holz) Technische Konzepte für WKK Klassisch Umgesetzt In Entwicklung In Entwicklung Verbrennung Vergasung Vergasung Pyrolyse Dampf Synthese gas Synthesegas Öl (Koks) Dampfturbine Motor GuD Kraftwerk Motor / GuD Strom Wärme Strom Wärme Strom (Wärme) Strom Wärme η ges - η ges + η ges ++ η ges + 05.05.2009 7
Nutzung von fester Biomasse (Holz) Technische Konzepte für WKK In Entwicklung In Entwicklung In Entwicklung Verbrennung Rauchgas Verbrennung Rauchgas Vergasung Synthesegas Stirlingmotor Heissgasturbine Brennstoffzelle Strom Wärme Strom Wärme Strom Wärme η ges +++ η ges ++ η ges ++++ 05.05.2009 8
Nutzung von fester Biomasse (Holz) Stand der Technik / Wirkungsgrade /Kosten Höchster Stand der Technik: Klassische Dampfturbine Akzeptabler Stand der Technik: Vergasung mit Gasmotor Spezifische Investitionskosten Vergleich Dampfturbine - Vergasung - Vergärung Strom + Wärme Wirkungsgrad 100 160 90 Relative spezifische Kosten (%) 140 120 100 80 60 40 20 0 0.1 1 10 100 1000 Plant Size (MW) Vergasung Dampfturbine Vergärung Wärmeertrag 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 Stromertrag Dampfturbinenwerk Vergasungsanlage 05.05.2009 9
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Nidwalden WKK mit hoher Nutzung 6.0 Wärmeleistun ng [MW] 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Schnitzelheizung Holzverstromung Betrieb Winter Sommer 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 Stunden pro Jahr h/a 05.05.2009 11
Nidwalden WKK mit hoher Nutzung 05.05.2009 12
Güssing WKK seit 2002 im Betrieb Pilotanlage für Trigeneration Methanierung 05.05.2009 13
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Energiehub Baden Voraussetzungen Kombinierte Heizzentrale für Kantonsspital und Fernwärme Dättwil Heute beheizt mit Erdgas, Back Up durch Heizöl EL Grösserer Spitalumbau geplant mit deutlicher Energieeinsparung Hoher Strombedarf, hoher Wärmebedarf im Winter, sehr tiefer bedarf im Sommer 05.05.2009 15
Energiehub Baden 05.05.2009 16
Nutzbare Energie mit verschiedenen Konzepten Nutzbare Energie (direkt) 100% 90% 80% 70% 60% Nutzbare Wärme 50% Stromproduktion 40% 30% Gasproduktion 20% 10% 0% G SN 05.05.2009 G öt or eb g e En ub h ie rg KW K ut 'g ' KW K 'm e itt l' r zk l o H a 17 er w ft k ir D g zn i e th k e
Nutzbare Energie mit verschiedenen Konzepten Nutzbare Wärme mit Wärmepumpen 200.0% 180.0% 160.0% 140.0% 120.0% 100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0% SNG Göteborg 05.05.2009 Energiehub KWK 'gut' 18 KWK 'mittel' Holzkraftwerk Direktheizng
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Schlussfolgerungen Die Anwendung von fester Biomasse (Holz) für die WKK verlangt eine stoffliche Umwandlung vor der mechanischen Stufe Es gibt viele Ideen zur KWK, Stand der Technik aber sind nur Dampfturbine und Vergasung Im Kleinbereich ist die Vergasung mit Motor billiger und hat höheren Wirkungsgrad Trigeneration kann den Gesamtwirkungsgrad verbessern (Sommer!) Mit Wärmepumpeneinsatz verbessern KWK Konzepte oder Trigeneration Konzepte den Gesamtwirkungsgrad erheblich 05.05.2009 20