Energieflussanalyse eines 4-Sterne-Hotels - Institut für Elektrische ...

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Energieflussanalyse eines 4-Sterne-Hotels 10 Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen 10.1 Technologievergleich Wachsendes ökologisches Bewusstsein und das Wissen um die begrenzten Vorräte an fossilen Primärenergieträgern erfordern es, die vorhandenen Energieträger ökonomisch und ökologisch sinnvoll umzuwandeln. Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) erzeugen Strom und Wärme dezentral am Ort des Bedarfs. Sie bieten erhöhte Primärenergieausnutzung in der Energieumwandlung bei geringer Umweltbelastung. Verluste technischer Prozesse sind meist gleichzusetzen mit ungenutzter Abwärme. Deshalb sind grundsätzlich thermodynamische Energiewandler sinnvoll, die Kraft (meist zur Stromerzeugung eingesetzt) und Wärme liefern. Die Kraft kann aber auch zum direkten Antrieb von Arbeitsmaschinen wie Pumpen, Kompressoren (z.B. für Kälteanlagen) usw. eingesetzt werden. Der dezentrale Einsatz von KWK-Anlagen ist nicht an ein ausgedehntes Wärmenetz gebunden. Die Wärme wird in Einzelobjekte oder Nahwärmenetze eingespeist. Der produzierte Strom deckt weitgehend den Energieverbrauch der Objekte oder wird in das öffentliche Netz eingespeist. Diese Anlagen bieten sich auch bei der Umrüstung (Erweiterung) von vorhandenen Heizzentralen an. Der Gesamtwirkungsgrad der KWK-Anlagen kann bis zu 90% erreichen. Da sich KWK-Anlagen meist in der Nähe der Verbraucher befinden, sind auch die Verteilungsverluste geringer als bei der zentralen Strom- und Wärmeerzeugung. Grundsätzlich ist Kraft-Wärme-Kopplung sowohl mit Gasmotoren als auch mit Gasturbinen möglich. Im Vergleich zu Gasturbinen weisen KWK-Anlagen mit Gasmotoren einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad bei wesentlich niedrigen Investitionskosten auf. Für beide Technologien bürgerte sich die Kurzbezeichnung Blockheizkraftwerke (BHKW) ein, da hier die gesamte Anlage in einem Block zusammengefasst ist [6]. Für kleinere Leistungsbereiche gibt es die Möglichkeit Mikrogasturbinen einzusetzen. Mikrogasturbinen sind kleine Turbomaschinen bis zu einer Leistung von 250 kWel, welche für stationäre Anwendungen entwickelt worden sind und in den letzten Jahren eine sehr dynamische Entwicklung hin zu marktfähigen Produkten durchgemacht haben. Mikrogasturbinen sind für die Anwendungsgebiete Grundlast, Strom- und Wärmeerzeugung und für den Inselbetrieb vorgesehen. Die wesentlichen Komponenten einer stationären Gasturbinenanlage sind Verdichter, Brennkammer, Turbine und speziell bei Mikrogasturbinen ein Rekuperator. Für den Einsatz als Blockheizkraftwerk (BHKW) ist ein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich. A. Lerch IfEA 2003 - 48 -
Energieflussanalyse eines 4-Sterne-Hotels Diese Anlagen weisen elektrische Wirkungsgrade von bis zu 30 % (Gesamtwirkungsgrad > 75 %) und sehr niedrige Emissionen auf und werden vorwiegend für den Grundlastbetrieb eingesetzt. Es konnten vier Firmen für KWK- Anwendungen identifiziert werden, die für die Markteinführung in Europa von Bedeutung sind: Capstone Turbine Corp., Bowman/Elliott Energy Systems, IR Energy Systems und Turbec AB. Die angebotenen Systeme unterscheiden sich zum Teil erheblich und sind für unterschiedliche Applikationen entwickelt worden. Der Einsatzbereich spannt sich von der reinen Stromerzeugung (mit Inselbetriebsfähigkeit) über den KWK-Einsatz bis hin zu den mechanischen „drive“ Applikationen. Anlagenhersteller/ Vertreiber G.A.S. Energietechnik GmbH (Capstone Turbine Corp.) Gasturbo (Bowmann Power Systems Ltd.) Turbec Durchschnittliches Gasmotor-BHKW Richtpreis der Anlage [€] 45.420 62.500 76.300 36.000 bis 100.000 Elektr. Leistung [kW] A. Lerch IfEA 2003 - 49 - 28 38 100 20 bis 100 Tabelle 23: Preisübersicht von Mikrogasturbinen [2] Elektr. Wirkungsgrad [kW] 25 24 30 28 bis 33 Richtpreis pro kWel [€/kW el] 1.600 1.650 730 1.000 bis 1.800 Instand- Haltung [€/kWel] 0.00945 0,0152 0,0109 0,018 bis 0,0254 Die Mikrogasturbinen zeichnen sich bereits heute in der Markteinführungsphase durch ähnliche bzw. niedrigere Investitionskosten und niedrigere Instandhaltungskosten als BHKWs mit Gasmotoren aus. Vorteile hinsichtlich langer Standzeiten müssen erst durch Feldtests bestätigt werden. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigt, dass gegenüber einem durchschnittlichen BHKW niedrigere Stromgestehungskosten erzielt werden können. Wenn die Mikrogasturbine den prognostizierten Richtpreis von € 500,-- und die niedrigen Instandhaltungskosten von € 0,0073/ kWhel (Zielvorgaben des Department of Energy (DOE) Mikrogasturbinen Programms) erreicht, sowie günstige Einsatzbedingungen vorliegen (z.B. über 4000 Volllaststunden) überwiegen die preislichen Vorteile gegenüber den Motor-BHKW-Systemen [2]. Problematisch ist bei den Gasturbinen nur das Überschreiten der kritischen Drehzahl, die jeweils beim Einschalten (Hochfahren der Turbine) auftritt. Aus diesem Grund sind Gasturbinen nur für einen Dauerbetrieb einsetzbar.
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