Kraft-Wärme-Kopplung (eBook)

Anlagenauswahl, Dimensionierung, Wirtschaftlichkeit, Emissionsbilanz
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2009 | 4. Auflage
XVI, 456 Seiten
Springer-Verlag
978-3-642-01425-3 (ISBN)

Lese- und Medienproben

Kraft-Wärme-Kopplung -  Gunter Schaumann,  Karl W. Schmitz
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Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist zu einem Eckpfeiler der Energie- und Klimapolitik in Deutschland und Europa geworden. Das Buch trägt dieser Entwicklung Rechnung und ermöglicht Lesern einen schnellen Einstieg in die KWK-Nutzung in Industriebetrieben, Gebäudekomplexen und Energieversorgungsunternehmen - mit allen erforderlichen Angaben, um Anlagen in technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht beurteilen zu können. Beispiele und Arbeitshilfen zur Anlagenauslegung, wirtschaftlichen Bewertung und Aufstellung von Emissionsbilanzen.



Professor Dr. rer. nat. Gunter Schaumann berät Unternehmen auf dem Gebiet der Energieeffizienz. Im Beirat der Transferstelle für rationelle und regenerative Energienutzung - TSB Bingen, deren Gründer und Leiter er 15 Jahre war, stellt er sein Wissen zur Verfügung. Er ist u. a. tätig als EU-Energie-Experte, als Obmann des Fachausschusses Energieanwendung im VDI Deutschland, als Mitglied der Enquete-Kommission Klimawandel im Landtag Rheinland-Pfalz und als Vorsitzender des Stiftungsrates der Mainzer Stiftung für Klimaschutz und Energieeffizienz.

Dipl.-Ing. Karl W. Schmitz trägt seit mehr als 30 Jahren in vielen Projekten der industriellen und kommunalen Energieversorgung die Verantwortung für die Durchführung der Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen und für die Realisierung der Lösungen. Er ist Geschäftsführer der EU-Consult GmbH Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik in Ludwigshafen.

Professor Dr. rer. nat. Gunter Schaumann berät Unternehmen auf dem Gebiet der Energieeffizienz. Im Beirat der Transferstelle für rationelle und regenerative Energienutzung – TSB Bingen, deren Gründer und Leiter er 15 Jahre war, stellt er sein Wissen zur Verfügung. Er ist u. a. tätig als EU-Energie-Experte, als Obmann des Fachausschusses Energieanwendung im VDI Deutschland, als Mitglied der Enquete-Kommission Klimawandel im Landtag Rheinland-Pfalz und als Vorsitzender des Stiftungsrates der Mainzer Stiftung für Klimaschutz und Energieeffizienz. Dipl.-Ing. Karl W. Schmitz trägt seit mehr als 30 Jahren in vielen Projekten der industriellen und kommunalen Energieversorgung die Verantwortung für die Durchführung der Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen und für die Realisierung der Lösungen. Er ist Geschäftsführer der EU-Consult GmbH Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik in Ludwigshafen.

Vorwort zur vierten Auflage 5
Vorwort zur ersten Auflage 6
Inhalt 7
Autoren 12
1 Einführung 13
2 Systemübersicht und Vorteile der KWK 16
2.1 Anlagenübersicht 18
2.2 Energetische und ökologische Vorteile der KWK 26
3 Methodisches Vorgehen bei der Vorbereitungvon Systementscheidungen 32
3.1 Darstellung der Rahmenbedingungen 33
3.2 Zusammenstellung der technischen und wirtschaft-lichen Grundlagen für Auswahl und Berechnung der Varianten 34
3.3 Ermittlung und Analyse der Bedarfswerte 34
3.4 Darstellung und Analyse der vorhandenen Energie-versorgungsanlagen (entfällt bei Neuanlagen) 35
3.6 Berechnung der ökonomischen Eckdaten und Variantengegenüberstellung 37
3.7 Ökologische Systemanalyse und Varianten-gegenüberstellung 38
3.8 Zusammenfassende Bewertung und System-empfehlung 38
4 Anlagenauswahl und Dimensionierung 39
4.1 Auswahl der einsetzbaren KWK-Anlagen 40
4.2 Festlegung der Betriebsart 42
4.3 Leistungsauslegung der Gesamtanlage 44
4.4 Auswahl und Dimensionierung der peripheren Hilfs-einrichtungen und Anlagen für jede Variante 47
4.5 Erstellen der Aufstellungskonzepte 47
4.6 Festlegung der Mengengerüste und Ermittlung der Investitionen und der dazugehörigen Kapitalkosten 48
4.7 Ermittlung der Bedarfswerte 48
4.8 Ermittlung der Kosten 48
4.9 Ökonomische und ökologische Variantengegenüber-stellung 48
4.10 Optimierung der Auslegungsdaten 49
5 Technische Grundlagen 51
5.1 KWK-Anlagen mit Verbrennungsmotoren 65
5.1.1 Aufbau und Integration in die Wärmeversorgung 67
5.1.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang 70
5.1.3 Motorbauarten/Aggregatetechnik 77
5.1.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen 80
5.1.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung 89
5.1.6 Konzeption von Klein-BHKW-Anlagen 101
5.2 KWK-Anlagen mit Gasturbinen 103
5.2.1 Gesamt-Anlagenprozess 105
5.2.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlage 112
5.2.3 Gasturbinenbauarten 122
5.2.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen 126
5.2.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung 127
5.3 KWK-Anlagen mit Dampfturbinen 140
5.3.1 Gesamtanlagenprozess 142
5.3.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang 148
5.3.3 Bauarten und technische Rahmenbedingungen für dieKonzeptionierung von Heizkraftwerken mit Dampfturbinen 163
5.3.4 Emissionen/Verbrennungsrückstände 167
5.3.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung 174
5.4 Sonstige KWK-Anlagen 205
5.4.1 Direktantrieb von Arbeitsmaschinen durch Verbrennungskraftmaschinenoder Dampfturbinen 205
5.4.2 KWK-Anlagen auf Basis von Dampfmotoren 206
5.4.3 Verbrennungsmotorwärmepumpen 207
5.4.4 Absorptionskälteanlagen 211
5.4.5 Adsorptionskälteanlagen 216
5.4.6 ORC-Anlagen und ihre Anwendung in der Geothermie 218
5.4.7 ORC-Anlagen zur Nutzung von Abwärme 223
5.4.8 Stirling-Motoren 224
5.4.9 Brennstoffzellen-Heizkraftwerke 227
5.4.10 KWK-Anlagen in virtuellen Kraftwerken 230
5.5 Biomasse- und Bioreststoff-Vergasungsanlagen 233
5.5.1 Vergasungsanlagen für holzartige Biomasse 234
5.5.2 Biogasanlagen 244
5.5.3 Verölungsanlagen 250
6 Investitionsrechnungen – BetriebswirtschaftlicheGrundlagen 252
6.1 Allgemeines 253
6.2 Statische Verfahren 256
6.2.1 Kostenvergleichsrechnung 256
6.2.2 Gewinnvergleichsrechnung 259
6.2.3 Rentabilitätsvergleichsrechnung 260
6.2.4 Amortisationsrechnung 262
6.2.5 MAPI-Methode 265
6.2.6 Anmerkungen zu den statischen Verfahren der Investitionsrechnung 267
6.3 Dynamische Verfahren 268
6.3.1 Kapitalwertmethode 272
6.3.2 Interne Zinsfuß-Methode 274
6.3.3 Annuitätenmethode 276
6.3.4 Anmerkungen zu den dynamischen Verfahren der Investitionsrechnung 278
6.4 Beispiel für die Anwendung der Investitionsrechnung in der Praxis 281
7 Wirtschaftlichkeitsberechnung undRahmenbedingungen 293
7.1 Kostenansätze und Rahmenbedingungen 295
Investitionsförderung von Mini-KWK-Anlagen (Quelle: www.bafa.de) 305
7.2 Berechnung der Leistungs- und Arbeitswerte 306
7.3 Zusammenstellung der Investitionen und der Kapital-kosten 317
7.4 Zusammenstellung der betriebsgebundenen Kosten 320
7.5 Jahreskostenberechnung und Variantengegenüber-stellung 322
7.6 Sensitivitätsanalyse 326
8 Ökologische Systemanalyse 327
8.1 Schadstoffbilanz 327
8.2 Ökologische Bewertung der Systeme 334
8.2.1 Emissionsbewertung 334
8.2.2 Immissionsbewertung 339
8.3 Die Kraft-Wärme-Kopplung im Emissionshandel 340
8.3.1 Das Prinzip des Emissionshandels 341
8.3.2 Beispiel für den Emissionshandel (Abb. 8.3-1): 341
8.3.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen des Emissionshandels 342
8.3.4 Die Bedeutung der KWK für die CO2–Emissionen des deutschen Kraftwerksparks 344
8.3.5 Klimaschutz als übergeordnetes Ziel gesetzliche Fest-legungen
9 Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen 346
9.1 Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft-Kopplung 346
9.1.1Anlagenbeschreibung Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft- Kopplung 347
9.1.2 Betriebspunkte der Anlage 349
9.2 Standardisierte BHKW-Wirtschaftlichkeitsberechnung 366
9.3 Biomasse-Heizkraftwerk, Realisierungsergebnisse 369
9.4 Nachrüstung einer Gasturbinenanlage in einem bestehenden Dampfturbinen-Heizkraftwerk 373
9.4.1 Aufgabenstellung 373
9.4.2 Ergebnis der Bestandsaufnahme 373
9.4.3Auswahl und Dimensionierung technisch sinnvoller Varianten 374
9.4.4Ökonomische und ökologische Gegenüberstellung der ausgewählten Varianten 375
9.5 Wärmeauskopplung aus großen GuD-Anlagen 392
9.6 Energieversorgung mit einer Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsanlage 397
9.7 Strom- und Wärmeerzeugung mit holzartiger Biomasse gemäß EEG 406
Jahresüberschuss der Varianten 1, 2 und 3 bei Variation der Brennstoffkosten 410
Zu erwartender Jahresüberschuss bei Variation der Betriebsstunden 411
9.7.1Variante 1: Biomasse-Heizkraftwerk mit Dampfturbine 415
9.7.2Variante 2: Biomasse-Heizkraftwerk mit ORC-Turbine 424
9.7.3Variante 3: Holzvergasungsanlage mit BHKW 429
Literatur 438
Stichwortverzeichnis 445
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 451

Erscheint lt. Verlag 3.11.2009
Reihe/Serie VDI-Buch
Zusatzinfo XVI, 456 S. 100 Abb. in Farbe.
Verlagsort Berlin
Sprache deutsch
Themenwelt Naturwissenschaften Chemie
Naturwissenschaften Physik / Astronomie
Sozialwissenschaften Politik / Verwaltung
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Technik Maschinenbau
Wirtschaft
Schlagworte air pollution and air quality • Anlagenauswahl • Blockheizkraftwerk • Brennstoffzelle • Dezentrale Energiesysteme • Emissionsbilanz • Energieeffizienz • Energietechnik • Energieversorgung • Energieversorgungsunternehmen • Energiewirtschaft • Gasturbine • Geothermie • Heizkraftwerke • Kraft-Wärme-Kopplung • Kraftwerk • Turbine • Wärmepumpe • Wirtschaftlichkeitsberechnung
ISBN-10 3-642-01425-9 / 3642014259
ISBN-13 978-3-642-01425-3 / 9783642014253
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