Schaumann Kraft-Wärme-Kopplung

4. Auflage 2009
ISBN: 978-3-642-01425-3
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 456 Seiten

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist zu einem Eckpfeiler der europäischen und der deutschen Energie- und Klimapolitik geworden. Die Nutzung der KWK-Wärme zur Kälteerzeugung erhöht die ohnehin schon hohe Effizienz dieser Technik weiter. In der 4. Auflage trägt das Buch dieser Entwicklung Rechnung und will allen Verantwortlichen für kommunale, industrielle und gebäudetechnische Energieversorgung helfen, einen schnellen Einstieg zur Anwendung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) zu finden.

Das Buch enthält die erforderlichen Angaben, um ohne umfangreiches Fachliteraturstudium die in Industriebetrieben, Gebäudekomplexen und Energieversorgungsunternehmen eingesetzten KWKK-Anlagen in technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht beurteilen zu können. Mit Beispielen wird die Vorgehensweise bei der Anlagenauslegung, der wirtschaftlichen Bewertung und der Aufstellung von Emissionsbilanzen erläutert. Es finden sich u. a. Arbeitshilfen für die Planung von Blockheizkraftwerken, Gasturbinen-Heizkraftwerken, Dampfturbinen-Heizkraftwerken sowie Wärmepumpen und Absorptions-/Adsorptionskälteanlagen. Weitere KWKK-Techniken, wie ORC-Anlagen, Stirlingmotoren und Brennstoffzellen werden behandelt. Ebenso wird untersucht, wie regenerative Energien, z. B. Biomasse, mit KWKK effizienter genutzt werden können.

Autoren/Hrsg.

Schaumann, Gunter

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort zur vierten Auflage;5
2;Vorwort zur ersten Auflage;6
3;Inhalt;7
4;Autoren;12
5;1 Einführung;13
6;2 Systemübersicht und Vorteile der KWK;16
6.1;2.1 Anlagenübersicht;18
6.2;2.2 Energetische und ökologische Vorteile der KWK;26
7;3 Methodisches Vorgehen bei der Vorbereitungvon Systementscheidungen;32
7.1;3.1 Darstellung der Rahmenbedingungen;33
7.2;3.2 Zusammenstellung der technischen und wirtschaft-lichen Grundlagen für Auswahl und Berechnung der Varianten;34
7.3;3.3 Ermittlung und Analyse der Bedarfswerte;34
7.4;3.4 Darstellung und Analyse der vorhandenen Energie-versorgungsanlagen (entfällt bei Neuanlagen);35
7.5;3.6 Berechnung der ökonomischen Eckdaten und Variantengegenüberstellung;37
7.6;3.7 Ökologische Systemanalyse und Varianten-gegenüberstellung;38
7.7;3.8 Zusammenfassende Bewertung und System-empfehlung;38
8;4 Anlagenauswahl und Dimensionierung;39
8.1;4.1 Auswahl der einsetzbaren KWK-Anlagen;40
8.2;4.2 Festlegung der Betriebsart;42
8.3;4.3 Leistungsauslegung der Gesamtanlage;44
8.4;4.4 Auswahl und Dimensionierung der peripheren Hilfs-einrichtungen und Anlagen für jede Variante;47
8.5;4.5 Erstellen der Aufstellungskonzepte;47
8.6;4.6 Festlegung der Mengengerüste und Ermittlung der Investitionen und der dazugehörigen Kapitalkosten;48
8.7;4.7 Ermittlung der Bedarfswerte;48
8.8;4.8 Ermittlung der Kosten;48
8.9;4.9 Ökonomische und ökologische Variantengegenüber-stellung;48
8.10;4.10 Optimierung der Auslegungsdaten;49
9;5 Technische Grundlagen;51
9.1;5.1 KWK-Anlagen mit Verbrennungsmotoren;65
9.1.1;5.1.1 Aufbau und Integration in die Wärmeversorgung;67
9.1.2;5.1.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang;70
9.1.3;5.1.3 Motorbauarten/Aggregatetechnik;77
9.1.4;5.1.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen;80
9.1.5;5.1.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung;89
9.1.6;5.1.6 Konzeption von Klein-BHKW-Anlagen;101
9.2;5.2 KWK-Anlagen mit Gasturbinen;103
9.2.1;5.2.1 Gesamt-Anlagenprozess;105
9.2.2;5.2.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlage;112
9.2.3;5.2.3 Gasturbinenbauarten;122
9.2.4;5.2.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen;126
9.2.5;5.2.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung;127
9.3;5.3 KWK-Anlagen mit Dampfturbinen;140
9.3.1;5.3.1 Gesamtanlagenprozess;142
9.3.2;5.3.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang;148
9.3.3;5.3.3 Bauarten und technische Rahmenbedingungen für dieKonzeptionierung von Heizkraftwerken mit Dampfturbinen;163
9.3.4;5.3.4 Emissionen/Verbrennungsrückstände;167
9.3.5;5.3.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung;174
9.4;5.4 Sonstige KWK-Anlagen;205
9.4.1;5.4.1 Direktantrieb von Arbeitsmaschinen durch Verbrennungskraftmaschinenoder Dampfturbinen;205
9.4.2;5.4.2 KWK-Anlagen auf Basis von Dampfmotoren;206
9.4.3;5.4.3 Verbrennungsmotorwärmepumpen;207
9.4.4;5.4.4 Absorptionskälteanlagen;211
9.4.5;5.4.5 Adsorptionskälteanlagen;216
9.4.6;5.4.6 ORC-Anlagen und ihre Anwendung in der Geothermie;218
9.4.7;5.4.7 ORC-Anlagen zur Nutzung von Abwärme;223
9.4.8;5.4.8 Stirling-Motoren;224
9.4.9;5.4.9 Brennstoffzellen-Heizkraftwerke;227
9.4.10;5.4.10 KWK-Anlagen in virtuellen Kraftwerken;230
9.5;5.5 Biomasse- und Bioreststoff-Vergasungsanlagen;233
9.5.1;5.5.1 Vergasungsanlagen für holzartige Biomasse;234
9.5.2;5.5.2 Biogasanlagen;244
9.5.3;5.5.3 Verölungsanlagen;250
10;6 Investitionsrechnungen – BetriebswirtschaftlicheGrundlagen;252
10.1;6.1 Allgemeines;253
10.2;6.2 Statische Verfahren;256
10.2.1;6.2.1 Kostenvergleichsrechnung;256
10.2.2;6.2.2 Gewinnvergleichsrechnung;259
10.2.3;6.2.3 Rentabilitätsvergleichsrechnung;260
10.2.4;6.2.4 Amortisationsrechnung;262
10.2.5;6.2.5 MAPI-Methode;265
10.2.6;6.2.6 Anmerkungen zu den statischen Verfahren der Investitionsrechnung;267
10.3;6.3 Dynamische Verfahren;268
10.3.1;6.3.1 Kapitalwertmethode;272
10.3.2;6.3.2 Interne Zinsfuß-Methode;274
10.3.3;6.3.3 Annuitätenmethode;276
10.3.4;6.3.4 Anmerkungen zu den dynamischen Verfahren der Investitionsrechnung;278
10.4;6.4 Beispiel für die Anwendung der Investitionsrechnung in der Praxis;281
11;7 Wirtschaftlichkeitsberechnung undRahmenbedingungen;293
11.1;7.1 Kostenansätze und Rahmenbedingungen;295
11.1.1;Investitionsförderung von Mini-KWK-Anlagen (Quelle: www.bafa.de);305
11.2;7.2 Berechnung der Leistungs- und Arbeitswerte;306
11.3;7.3 Zusammenstellung der Investitionen und der Kapital-kosten;317
11.4;7.4 Zusammenstellung der betriebsgebundenen Kosten;320
11.5;7.5 Jahreskostenberechnung und Variantengegenüber-stellung;322
11.6;7.6 Sensitivitätsanalyse;326
12;8 Ökologische Systemanalyse;327
12.1;8.1 Schadstoffbilanz;327
12.2;8.2 Ökologische Bewertung der Systeme;334
12.2.1;8.2.1 Emissionsbewertung;334
12.2.2;8.2.2 Immissionsbewertung;339
12.3;8.3 Die Kraft-Wärme-Kopplung im Emissionshandel;340
12.3.1;8.3.1 Das Prinzip des Emissionshandels;341
12.3.2;8.3.2 Beispiel für den Emissionshandel (Abb. 8.3-1):;341
12.3.3;8.3.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen des Emissionshandels;342
12.3.4;8.3.4 Die Bedeutung der KWK für die CO2–Emissionen des deutschen Kraftwerksparks;344
12.3.5;8.3.5 Klimaschutz als übergeordnetes Ziel; gesetzliche Fest-legungen;344
13;9 Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen;346
13.1;9.1 Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft-Kopplung;346
13.1.1;9.1.1Anlagenbeschreibung Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft- Kopplung;347
13.1.2;9.1.2 Betriebspunkte der Anlage;349
13.2;9.2 Standardisierte BHKW-Wirtschaftlichkeitsberechnung;366
13.3;9.3 Biomasse-Heizkraftwerk, Realisierungsergebnisse;369
13.4;9.4 Nachrüstung einer Gasturbinenanlage in einem bestehenden Dampfturbinen-Heizkraftwerk;373
13.4.1;9.4.1 Aufgabenstellung;373
13.4.2;9.4.2 Ergebnis der Bestandsaufnahme;373
13.4.3;9.4.3Auswahl und Dimensionierung technisch sinnvoller Varianten;374
13.4.4;9.4.4Ökonomische und ökologische Gegenüberstellung der ausgewählten Varianten;375
13.5;9.5 Wärmeauskopplung aus großen GuD-Anlagen;392
13.6;9.6 Energieversorgung mit einer Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsanlage;397
13.7;9.7 Strom- und Wärmeerzeugung mit holzartiger Biomasse gemäß EEG;406
13.7.1;Jahresüberschuss der Varianten 1, 2 und 3 bei Variation der Brennstoffkosten;410
13.7.2;Zu erwartender Jahresüberschuss bei Variation der Betriebsstunden;411
13.7.3;9.7.1Variante 1: Biomasse-Heizkraftwerk mit Dampfturbine;415
13.7.4;9.7.2Variante 2: Biomasse-Heizkraftwerk mit ORC-Turbine;424
13.7.5;9.7.3Variante 3: Holzvergasungsanlage mit BHKW;429
14;Literatur;438
15;Stichwortverzeichnis;445
16;Abbildungs- und Tabellenverzeichnis;451