Post on 05-Apr-2015
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Kraft-Wärme-Kopplung
Vortrag zum Thema
Nicolas Fischer
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1.) Was ist Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)?
2.) Wie funktioniert KWK?
Thermodynamischer Kreisprozess
Heizkraftwerk
Wärmetauscher
Blockheizkraftwerk
3.) Ist KWK ökonomisch/ökologisch sinnvoll?
Energieeffizienz
Beispielrechnungen
Gliederung
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Motivation für Kraft-Wärme-Kopplung
• CO2-Emmissionen müssen jetzt gesenkt werden
• Erneuerbare Energien decken noch nicht den derzeitigen Strombedarf
• KWK senkt den Brennstoffverbrauch, hoher Wirkungsgrad
• effektive Möglichkeit, den reg. Energien Entwicklungszeit zu verschaffen
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Primärenergieeinsparung
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• Kraft-Wärme-Kopplung ist eine gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme.
•Wo mit fossilen Brennstoffen oder Strom WÄRME erzeugt wird, treten hohe Verluste auf!
• Gekoppelte Erzeugung soll Ressourcen sparen! Dadurch sollen CO2-Emissionen und NOx-Emissionen stark verringert werden.
• Die erreichbare Temperatur muss genutzt werden können und genutzt werden!
Kraft-Wärme-Kopplung
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Thermodynamischer Kreisprozess
1-2: Druckerhöhung des Arbeitsmittels auf im Verdampfer herrschenden Druck
2-3: Erwärmung auf zum Druck gehörende Verdampfungstem-peratur
3-4: Verdampfung
4-5: Überhitzung
5-6: Ein- und Austritt in die Dampfturbinen
6-1: Kondensation des Dampfes
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Thermodynamischer Kreisprozess
Der nach dem Mitteldruckteil MD der Turbine, also vor dem Niederdruckteil ND abgezweigte Dampf strömt in den Heizkondensator Wärme-abgabe an den Fernwärmekreislauf (Temperaturniveau etwa 100°C) Verflüssigung
Brennstoff technisch Kondensation
Brennstoff Kondensation
Brennstoff
Q W Q
Q Q
Q
Elektrischer Wirkungsgrad wird verringert!
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Das Heizkraftwerk
• gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme
• Fernwärmenetz notwendig
• Temperatur hinter der Turbine auf etwa 130 Grad Celsius (Winter) bzw. 70 °C (Sommer) erhöht
• elektrischer Wirkungsgrad wird verringert
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Wärmetauscher
übertragenTemp
max
Q
Q
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Warum Wasser?
• hohe Verfügbarkeit
• große spezifische Wärmekapazität und niedrige kinematische Viskosität
• Turbulente Strömung ermöglicht guten Wärmeaustausch
Reynolds-Zahl:v L v L
Re , wobei Re
l l
Tausch -medium
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Das Blockheizkraftwerk (BHKW)
• modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme • am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben, bzw. speist Nutzwärme in ein Nahwärmenetz ein• zwischen 5 Kilowatt und 5 Megawatt Leistung • dezentrale Stromerzeugung, kein Fernwärmenetz, so gut wie keine thermischen Übertragungsverluste • Preise: 10000 € +++ ohne Wärmespeicher, Installation etc.• kann auch mobil eingesetzt werden• Entnahmetemperatur zwischen 90°C und 100 °C
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BHKW Prinzip
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BHKW Prinzip
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Primärenergieeinsparung
Einsparung
51M 34%
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Energieeffizienz “fern“
• Die KWK hat einen Brennstoffwirkungsgrad zwischen 80% und 95%.
gesamt elektrisch thermisch
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Energieeffizienz “nah“
Die Emissionen von herkömmlich produziertem Strom sind höher als vom BHKW vor Ort produzierten. Hinzu kommt nun die Einsparung gegenüber den Heizkesseln.
Effektive CO2-Senke
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Kleine Beispielrechnung
• „Mini“-BHKW von 5 kW elektrischer Leistung • Ein Erdgas-BHKW spart pro MWh ca. 0,6 t CO2 eingegenüber getrennter Wärme-/Stromerzeugung• 5800 h/a Laufzeit
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P 5800h / a 5kW 29MWh / a
E 29MWh / a 0,6t CO 1/MWh 17,5t / a
CO2-Absorption von 5,7t pro Jahr pro Hektar
Die Wirkung entspricht also gut 3 Hektar Wald
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Kleine Beispielrechnung
Basis KWK NetznutzVergütung P P P
5,11 ct / kWh 6,3 ct / kWh Phelix Day Base (Stand: 10.12.07) 6,2 ct / kWh
• + Energiesteuer, Erdgas 0,55 ct / Kwh, Flüssiggas und Heizöl zwischen 0,20 und 0,61 ct/kwh
•Eigenverbrauch eines Einfamilienhauses = 5000 kWh/a
N 27 MWh / a 5 MWh / a 22 MWh / a
p / kWh 18 ct / kWh
180€ 22MWh(p, x) p x C 400€ 3500€ / a
MWh a
Kosten: Wartung, Überwachung etc.: rund 400 € Gewinn von
3500 € pro Jahr geringe Amortisationszeit des BHKW (ca. 3 Jahre)
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Stromkosten
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Nachteile der KWK
• es werden großteils gasförmige Brennstoffe genutzt unflexibel
• individuelle Anpassung zwingend notwenig, daher großes Know-How vonnöten
• Technologie für erneuerbare Energien ist ebenfalls noch nicht ausgereift
• nicht überall einsetzbar, großteils nicht mobil
• Große Wärmespeicher vonnöten
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Fazit• KWK spart einen großen Teil (rund 30 %) des eingesetzten Brennstoffes ein
• mittelfristig eine gute Lösung, CO2-Emissionen zu verringern
• modulare Anlagen effektiver als Heizkraftwerke
• wird im Moment noch wenig genutzt großes Potenzial
Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit
Fragen?
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Quellenwww.bkwk.de Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.
www.wikipedia.de diverse Artikel zu Wärmespeicher, BHKW…
www.eex.de Strombörse
www.stromtip.de Vergütung, Strompreiszusammensetzung
www.bhkw-infozentrum.de/erlaeuter/kwkprinzip.html KWK-Prinzip
www.kraftwerk-bhkw.de/MEPHISTO/nutzen01.htm NOx-Bilanz
www.google.de diverse Bilder zu den einzelnen Themen
www.vattenfall.de Infos zum BHKW / HKW
+ Diverse andere Seiten im Web.