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einschließlich Biomasse - Ingenieurbüro Harry Wilhelm Biebertal

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Vortrag ORC Prozess
AGFW Wärmetechnik 2006
Ingenieurbüro für Energiewirtschaft
 Dipl.-Ingenieur Harry Wilhelm VDI/VDE
 Dresdener Str.12
 35444 Biebertal

Vortrag ORC Prozess
AGFW 2006

Energie – Wärmemarkt

Vergleich Dampf  ORC Prozess

Brennstoff = Biomasse Waldholz

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Handlungsempfehlung
Energiepreise


Die hohen Öl- und Gaspreise und der hohe
Rohstoffabfluss nach China sowie das Ziel einer
möglichst geringen Importabhängigkeit
bekräftigen den Einsatz von Biomasse als
Energieträger.
Auch im Hinblick auf den CO2-Emissionshandel
kann der Einsatz von Ersatzbrennstoffen eine
Möglichkeit zur Kostenersparnis sein.
Brennstoff Biomasse

Biomasse ist eine noch ausbaufähige Energieressource

Bioenergieträger bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Derzeit bestehen schon Nutzungsoptionen, die technisch,
ökonomisch und ökologisch konkurrenzfähig zu fossilen Energien
sind

Alle Möglichkeiten der Bioenergienutzung können zur
Umweltentlastung beitragen

Neben der technischen Weiterentwicklung sind organisatorische
Randbedingungen erforderlich, um die großen Potenziale nutzen zu
können
Kraft-Wärme-Kopplung


Biomasse-KWK ist die Voraussetzung für eine
effiziente Biomassenutzung
Technische Möglichkeiten:
– Biomasseverbrennung und Dampfturbine
– Biogas und Gasmotor
– Pflanzenöl/Biodiesel und Dieselmotor
Kraft-Wärme-Kopplung


In Deutschland besteht die entscheidende
Anreizwirkung im novellierten EEG
Eine hocheffiziente Biomasse-KWK bedarf der
weiteren Entwicklung der verfügbaren
Technologien und der Markteinführung neuer
Technologien wie z.B.:
– Biogas wird häufig an Standorten mit geringer
Wärmenachfrage erzeugt
– Ein zusätzliches KWK-Potenzial kann bei der
Holznutzung im kleinen Leistungsbereich
(bis 1 MW) erwartet werden
– ca. 10 ORC-Anlagen werden in 2006 installiert
Was ist ein ORC-Prozess




ORC steht für Organic Rankine Cycle,
Arbeitsmedium: organisches Arbeitsmedium
(Kohlenwasserstoffe wie Iso-Pentan, Iso-Oktan, Toluol oder
Silikonöl)
Diese Arbeitsmedien besitzen günstigere
Verdampfungseigenschaften als der Clausius-RankineProzess (Dampf-Kraft- Prozess)
Für die in Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
gegebenen Rahmen-bedingungen eignet sich Silikonöl sehr
gut als Arbeitsmittel.
Wasser  Dampf  Kraft - Prozess
ORC Prozess
10 bar/ 268 °C
Feuerung
1.120 °C
.
mBrs.
6´
Thermoölerhitzer
1
307°C
Verdampfer
210°C
ORCKreislauf
ThermoölKreislauf
ASG
Vorwärmer
120°C
0,25 bar/ 233 °C
6
Luvo
2
193°C
214°C
Rekuperator
89°C
230°C
5
Zyklon
0,2 bar/ 107 °C
20°C
Verbrennungsluft
3
85°C
T
65°C
Kondensator
Thermalöl
6´
Rauchgaskondensation
1
65°C
2
45°C
6
4
60°C
3
5
4
Kühlwasser
Speisepumpe
s
zum Schornstein
T
p1 = 10 bar
p2 = 0,2 bar
Thermalöl
6´
543 K
1
2
6
463 K
373 K
3
5
4
Kühlwasser
s
Thermoölkessel
.
QRG  600 kW
Thermoölkessel
ORC
Q th.  3.000 kW
Vedampfer
.
p el.  500 kW
Turbine
.
.
mBrs.  1,7 t / h
mit w = 50 %
Q th.  3. 800 kW
Kondensator
Feuerung
1.120 °C
.
mLuft  6,8 m3 / h
Fernwärmenetz
.
QFW  2.500 kW
σ  0,13
Wirtschaftlichkeit



Durch die Novellierung des EEG wurde die
Erzeugung von Strom aus erneuerbaren
Energiequellen – einschließlich Biomasse - h
attraktiv
Durch Anwenden einer Mischkalkulation soll
aufgezeigt werden, dass hier durch Stromerlöse
die Wärmeentstehungskosten günstiger
darstellbar werden
Der Bereich Biomasse profitiert von zusätzlichen,
kumulierbaren Boni
Stromvergütung gemäß EEG
Leistungsklasse Grundvergütung
Stromvergütung
Zuschläge
Brennstoff
KWK
Technik
kWelektr
Cent/kWh
Cent/kWh
Cent/kWh
Cent/kWh
Cent/kWh
0-150 kW
11,5
6
2
2
21,5
151-500 kW
9,9
6
2
2
19,9
Investkosten einer Heißwasserkesselanlage
2,6 MW Holzkessel
(Krananlage,
Feuerungseinheit,
Steuerung/ Regelung)
800.000
€
Emissionsmesstechnik
(CO-Messgerät)
30.000
€
6.000
€
Elektrofilter
110.000
€
Schornstein
20.000
€
Gebäude
250.000
€
Lagerplatz mit
Überdachung
125.000
€
Genehmigung (4.
BImSchV), Bauantrag,
Gutachten
120.000
€
Planung, Bauleitung,
Objektüberwachung
140.000
€
ca. 1.600.000
€
Wärmemengezähler
Gesamtsumme
Investkosten einer ORC-Projekt
3,2 MW Thermoölkessel
(Krananlage,
Feuerungseinheit,
Thermoölkreislauf,
Steuerung/ Regelung)
1.100.000
€
30.000
€
6.500
€
Elektrofilter
110.000
€
Schornstein
20.000
€
ORC-Modul, Netzanschl.,
Trafo
945.000
€
Gebäude
250.000
€
Lagerplatz mit
Überdachung
125.000
€
Genehmigung (4.
BImSchV), Bauantrag,
Gutachten
150.000
€
Planung, Bauleitung,
Objektüberwachung
190.000
€
ca. 2.900.000
€
Emissionsmesstechnik
(CO-Messgerät)
Durchflussmessung
Thermoöl
Gesamtsumme
Vergleich Investkosten
Mehrinvestitionen eines ORC-Prozesses im Vergleich
zu einer Heißwasserkesselanlage
Thermoölkessel, Thermoölkreislauf, Installationen inkl. Armaturen
300.000 €
ORC-Anlage, inkl. Generator, Steuerung und Verkabelung,
Netzanschluss (Trafo, etc.)
945.000 €
Planungskosten
Mehr-Investitionskosten
55.000 €
1.300.000 €
Kosten für Stromerzeugung
Jahresmehrkosten eines ORC-Prozesses (pelektr. = 500 kW) im Vergleich zu einer
Heißwasserkesselanlage
Zinssatz
Nutzungsdauer
6%
15 Jahre
Kapitalgebundene Kosten
133.848 €/a
Brennstoffkosten (6000 h/a)
48.000 €/a
sonstige Betriebsmittel (0,3% vom Invest)
Verbrauchsgebundene Kosten
Personalkosten
3.900 €/a
51.900 €/a
8.800 €/a
Instandhaltungskosten (1,5% vom Invest)
19.500 €/a
Betriebsgebundene Kosten
28.300 €/a
Versicherungs-, Verwaltungskosten (0,5% vom Invest)
6.500 €/a
Sonstige Kosten
6.500 €/a
Gesamtkosten
220.548 €/a
spez. Gesamtstromerzeugungskosten
(bei 3.000 MWh/a erzeugter Nettostrommenge; 6000 h/a)
0,074 €/kWhel
= 7,4 Cent/kWh
Jahresdauerlinen
5000,00
kW thermisch
4500,00
4000,00
ca. 2.100 h/a
3500,00
3000,00
QFW = 2.400 kW
2500,00
2000,00
1500,00
Stromkennziffer = 0,175
1000,00
Pel. = 500 kW
500,00
0,00
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500 h/a
Wirkungsgrade
Zusammenfassung



Der Wärmebedarf ergibt die Wirtschaftlichkeit der KWKAnlage
zu erwartende Brennstoffpreiserhöhungen
Auch ist die politische Darstellung in Bezug auf die CO2Minderung mit zu bewerten
 Ich
danke Ihnen, dass Sie mir
zugehöhrt haben.
 Bitte
fragen Sie!
 Harry
Wilhelm www.ibwilhelm.de
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