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6 | 2015

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EnergieForum Bild 7

EnergieForum Bild 7 Primärenergieeinsparung der KWK-Anlage nach EU-Richtlinie. Bild 8 Gesamtwirkungsgrad der KWK-Anlage bei Teillastbetrieb. Abgasrezirkulation zurückzuführen, die bei Einsatz von Zusatzluft notwendig ist, um die NO X -Emissionen gering zu halten. Bei der Einstellung der Feuerung liegt der Fokus daher immer darauf, die Abgasrezirkulation auf das kleinste vertretbare Minimum in Bezug auf die Emissionsgrenzwerte zu reduzieren. Die Gesamtwirkungsgrade in dieser Abbildung werden unter Berücksichtigung des elektrischen Eigenbedarfes der KWK- Anlage berechnet und sind damit Nettowerte. Die Leistung eines eventuell notwendigen Verdichters zur Erhöhung des Druckes des in der Gasturbine eingesetzten Erdgases wird hier nicht berücksichtigt. Die in Bild 6 dargestellte Stromkennzahl der KWK-Anlage besteht aus dem Quotient aus elektrischer Nettoleistung und thermischer Nettoleistung. Bei der Gasturbine ohne Zusatzfeuerung liegt sie bei rund 0,9. Beim Betrieb mit Zusatzfeuerung fällt die Stromkennzahl bis auf Werte zwischen 0,5 und 0,6. Primärenergieeinsparungen von bis zu 23 Prozent möglich Die Primärenergieeinsparung der KWK- Anlage wird unter Verwendung der Vorgaben aus der entsprechenden EU-Richtlinie berechnet. Für die Stromerzeugung aus Erdgas wird hierbei ein Referenzwirkungsgrad von 52,5 % verwendet, bei der Wärmeerzeugung aus Erdgas liegt dieser bei 90 %. Auf eine Korrektur dieser Werte anhand der vor Ort vorliegenden klimatischen Bedingungen und der vermiedenen Netzverluste wird hier verzichtet, um möglichst allgemeingültige Ergebnisse zu erhalten. Die Gasturbine ohne Zusatzfeuerung erreicht eine Primärenergieeinsparung von rund 4 % (Bild 7). Dieser Wert kann durch die Zusatzfeuerung auf bis zu 23 % erhöht werden. Diese Erhöhung der Primärenergieeinsparung verdeutlicht den Bild 9 Gasturbinen-Abgasbrenner DD(Z)G-GTM. Quelle: Saacke effizienzsteigernden Effekt der Zusatzfeuerung auf die KWK-Anlage. Das hier betrachtete Mikro-Gasturbinen-System C800 besteht aus vier Modulen der Gasturbine C200. Diese Module sind sowohl einzeln als auch gemeinsam im Bereich von 7,5 bis 100 % der produzierten elektrischen Energie kaskadierbar. Dadurch können mit der Gasturbine mit Zusatzfeuerung nahezu über den gesamten Leistungsbereich hohe Gesamtwirkungsgrade erreicht werden (Bild 8). Stufenlos regulierbarer Brenner Die Zusatzfeuerung wird durch einen speziellen Industriebrenner der Saacke GmbH vom Typ DDG-GTM gewährleistet, der sowohl im Turbinenabgas- als auch im Frischluftbetrieb die notwendige Wärmeleistung für den nachgeschalteten Wärmeerzeuger bereitstellt. Dieser Brennertyp zeichnet sich durch einen hohen Regelbereich aus und ist stufenlos innerhalb dieses Regelbereiches modulierbar. Er ist in der Variante DDZG- GTM auch als Zweistoffbrenner erhältlich (Bild 9). Als weiterer Hauptbrennstoff würde dann leichtes Heizöl HEL Verwendung finden können. Zusatzbrennstoffe wie zum Beispiel Biogas, Flüssiggas, Deponiegas und Sondergase sind auf Anfrage möglich. Um möglichst früh 100 % der maximal möglichen Abgasmenge der Turbine als Verbrennungsluft zu nutzen, wurde dieser Brennertyp zusätzlich für den Betrieb mit hohem Luftüberschuss konzipiert. Diese Kombination reduziert die Notwendigkeit, im Teillastbetrieb einzelne Gasturbinen abschalten zu müssen. Nur in der Grundlast der Zusatzfeuerung wird ein Modul der C800 abgeschaltet (Bild 8), um weiterhin einen hohen Gesamtwirkungsgrad zu behalten. Dadurch kann die KWK-Anlage auch im Teillastbetrieb nahezu ohne die ansonsten üblichen Wirkungsgradverluste betrieben werden. Die in Bild 8 dargestellten Gesamtwirkungsgrade verdeutlichen dies und sind, wie schon in Bild 5 geschehen, einmal in Bezug auf die gesamte Brennstoffleistung und einmal in Bezug auf die Brennstoffleistung der KWK-Anlage (Gasturbine) dargestellt. Das in diesem Beitrag vorgestellte Konzept von Mikro-Gasturbinenabgas als Verbrennungsluft für den Saacke-Industriebrenner vom Typ DDG-GTM kann sowohl bei Neuanlagen als auch bei vorhandenen Wärmeerzeugern angewendet werden. Aufgrund der großen Anzahl an vorhandenen gasbefeuerten Wärmeerzeugern im Megawattbereich gibt es eine beträchtliche Auswahl an potenziellen Anwendungsmöglichkeiten für diese KWK- Systeme. Als Referenz für dieses Anlagenkonzept sei der erfolgreich umgesetzte Umbau auf ein Saacke-Mikro-KWK-System bei der Brauerei C. & A. Veltins GmbH & Co. KG in Meschede erwähnt. Hier wurde eine erst seit zwei Jahren existierende Feuerungsanlage auf das bereits erwähnte System umgebaut. Zum Einsatz kommen hier als wesentliche Kernkomponenten der Saacke-Brenner vom Typ DDZG-GTM 46 BWK Bd. 67 (2015) Nr. 6

EnergieForum Abschreibungszeitraum: 15 a Kalkulationszins: 4 % Tabelle Vorgaben der Wirtschaftlichkeits - rechnung. Inflationsrate: 2 % Wert des erzeugten Stroms: 140 e/MWh bine sollte so gewählt werden, dass die jährlichen äquivalenten Erdgaspreis inkl. Energiesteuer: 33 e/MWh Nominale Preissteigerung Erdgas: Nominale Preissteigerung Strom: 5 %/a 5 %/a Volllastbetriebsstunden der Gasturbine EEG-Abgabe 40 % = 25 e/MWh mit Zusatzfeuerung Förderung nach KWKG 2012 bei mindestens 5 000 h/a liegen. Hier Gesamtinvestition: 1,8 Mio. e werden 6 500 h/a angenommen. Jährliche äquivalente Volllaststunden: 6500 h/a Die Vorgaben der 20 mit einer maximalen Feuerungswärmeleistung von 15 MW im Frischluftbetrieb Wirtschaftlichkeitsberechnung sind in der Tabelle aufgeführt. Der Wert des und eine Capstone-Mikrogasturbine selbsterzeugten Stroms beträgt vom Typ C600. 140 €/MWh und der Erdgaspreis 33 €/MWh. Der erzeugte Strom wird mit Amortisationszeiten je nach Rahmenbedingungen Im Folgenden soll die Wirtschaftlichkeit am Beispiel der Nachrüstung einer Gasturbine C800 mit Zusatzfeuerung durch den Saacke-Brenner vom Typ DDG-GTM bei einem vorhandenen Wärmeerzeuger dargestellt werden. Hierzu muss der vorhandene Brenner durch einen neuen 40 % der EEG-Umlage belastet. Eine Förderung entsprechend dem KWKG 2012 wird berücksichtigt. Unter diesen Bedingungen ergibt sich eine Amortisationszeit von rund vier Jahren. Die mit dem EEG 2014 eingeführte Belastung der Eigenerzeugung mit 40 % der EEG-Umlage hat die Amortisationszeit um gut ein Jahr verlängert. Falls diese Brenner für die Zusatzfeuerung ersetzt wirtschaftliche Benachteiligung der werden. Die Gesamtinvestition dieser Nachrüstung inklusive Gasturbine liegt bei rund 1,8 Mio. €. Die Leistungsgröße der Gastur- KWK-Anlagen bei der anstehenden Überarbeitung des KWKG kompensiert werden sollte, um den von der Politik gewünschten Ausbau der KWK weiter zu forcieren, könnte die Amortisationszeit der Gasturbine mit Zusatzfeuerung wieder bei rund drei Jahren liegen. Dies ist für energietechnische Anlagen ein durchaus akzeptabler Wert, zumal die Amortisationszeit mit jeder weiteren Betriebsstunde sinkt. Bei 7 500 h/a verkürzt sich die Amortisationszeit gegenüber 6 500 h/a zum Beispiel um rund ein halbes Jahr. Fazit Die Zusatzfeuerung im Abgasstrom einer Mikro-Gasturbine erhöht die Effizienz dieser KWK-Anlage erheblich. Die Anforderungen des KWKG und des EnergieStG an die Effizienz der Anlage, ein Gesamtwirkungsgrad von mindestens 70 % und die Erzielung einer Primärenergieeinsparung (P (el.) < 1 MW), werden deutlich übertroffen. Diese Voraussetzungen für die Gewährung des KWK-Zuschlages und der Energiesteuerentlastung werden damit ohne Probleme in jedem Lastpunkt mit Zusatzfeuerung erfüllt. Auch die bei größeren Anlagen (P (el.) > 1 MW) geforderte Primärenergieeinsparung von mindestens 10 % stellt bei Betrieb mit Zusatzfeuerung kein Problem dar. Die Mikro- Gasturbine mit Zusatzfeuerung ist damit eine hocheffiziente KWK-Anlage, die aufgrund ihrer Nachrüstbarkeit bei vielen Wärmeerzeugern im MW-Bereich ein großes Anwendungspotenzial besitzt. TAB-Fachforum 2015 Technische Anschlussregeln für eine erfolgreiche Energiewende STROMNETZE | Rund 600 Teilnehmer des achten TAB-Fachforums diskutierten in Berlin die aktuellen Entwicklungen der Energiewende. Das Forum Netztechnik / Netzbetrieb (FNN) im VDE hat zu ihrer erfolg - reichen Umsetzung vier Thesen aufgestellt, die insbesondere den Niederspannungsbereich betreffen. Hier werden etwa 97 % der erneuerbaren Energieerzeuger angeschlossen. Erfüllen heutige Anforderungen nur eingeschränkt • Keine Blindleistung • Abschalten bei 50,2 Hz, bis auf 3,5 GW nachgerüstet aufgr. SysStabV 19 GW 5 GW 11 GW Netzverträglich • 50,2 Hz Kennlinie • Spannungshaltung Netzdienlich, Systemstützend • Dynamische Netzstützung • Q(U) VDEW-Empf. (1987, 1991, 2001) VDE-AR 4105 (2011) Zubau (2014-2024) ? Szenario B-2024 (NEP 2014) Im Jahr 2014 waren erneuerbare Energien zum ersten Mal wichtigster Energieträger im deutschen Strommix. Mit einem Anteil von 25,8 % haben Wind- und Netzdienliches Verhalten kann nur durch Neuanlagen realisiert werden Vorrausschauende Entwicklung der Anforderungen notwendig Bild 1 Das Niederspannungsnetz in 2024: Technischer Stand der installierten Erzeugungsanlagen (gemäß Inbetriebnahmezeitpunkt). BWK Bd. 67 (2015) Nr. 6 47

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