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E-Book

Kraft-Wärme-Kopplung

VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl366 Seiten
ISBN9783540264668
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis89,99 EUR

Dieses Buch richtet sich an die Verantwortlichen für kommunale und industrielle Energieversorgung: Ingenieure, Techniker, Meister, Betriebsleiter, Energiemanager, Planer, Institute und Hochschulen. Es enthält die erforderlichen Angaben, um ohne umfangreiches Fachliteraturstudium die in der Praxis in Industriebetrieben, Gebäudekomplexen und Energieversorgungsunternehmen eingesetzten KWK-Anlagen entsprechend dem aktuellsten Stand der Technik in technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht bewerten und beurteilen zu können. Die Vorgehensweise bei der technischen Anlagenauslegung und wirtschaftlichen Bewertung wird anhand von Beispielen ebenso erläutert wie die Aufstellung von Emissionsbilanzen.
Auf folgende, im elektrischen Leistungsbereich von wenigen kW bis ca. 30 MW interessanten Anlagensysteme wird vertieft eingegangen:
- Blockheizkraftwerke mit Otto- und Dieselmotoren
- Gasturbinen-Heizkraftwerke einschl. GuD-Anlagen
- Dampfturbinen-Heizkraftwerke
- Wärmepumpen und Absorptionskälteanlagen
- KWK mit weiteren Techniken, wie Stirlingmotoren, Brennstoffzellen, ORC-Anlagen und Geothermieanlagen

Für die dritte Auflage wurde das Buch vollständig überarbeitet, um neue Techniken ergänzt und im Hinblick auf neue rechtliche, ökonomische und ökologische Rahmenbedingungen aktualisiert.



Karl W. Schmitz trägt seit mehr als 25 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.

Gunter Schaumann ist Gründer und war bis 2004 Leiter der Transferstelle für rationelle und regenerative Energienutzung sowie Geschäftsführer des Institutes für Innovation, Transfer und Beratung in Bingen und Mainz. Er befasst sich vor allem mit Fragen der rationellen Energienutzung in Betrieben und Kommunen und hat dazu eine Reihe von Beiträgen und Büchern veröffentlicht.

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Leseprobe
6 Investitionsrechnungen – Betriebswirtschaftliche Grundlagen  (S. 221-222)

„Lohnt sich die Investition?" – Eine genauso schwierige wie einfache, aber in jedem Fall wichtige Frage. Investitionsentscheidungen begleiten den Lebenszyklus einer Unternehmung, insbesondere wenn dabei signifikante produktionsorientierte Wertschöpfungsprozesse vorliegen.
  Der Einfluss einer getroffenen Investitionsentscheidung auf die wirtschaftliche Entwicklung des Unternehmens ist groß, da zum einen sich die Folgen der Entscheidung über mehrere Perioden erstrecken und Fehlentscheidungen somit nur schwer heilbar und zum anderen die aufzuwendenden Ressourcen (insbesondere Geldmittel) in diesem Zusammenhang meist von beträchtlicher Höhe sind.
  Somit stellen Investitionsentscheidungen wichtige unternehmerische Weichenstellungen dar. Im Sinne eines risikoorientierten unternehmerischen Ansatzes bedarf es daher fundierter Beurteilungsmethoden, um Entscheidungen zielorientiert zu unterstützen.
  Die große Anzahl von Verfahren zur Bewertung von Investitionsentscheidungen, die sich in der Betriebswirtschaft entwickelt haben, ist u. a. ein Indikator dafür, dass es bei der Beantwortung der Eingangsfrage auf die jeweiligen Rahmenbedingungen und Betrachtungsebenen ankommt.
  Im Folgenden werden die wichtigsten Investitionsrechnungsverfahren beschrieben, ihre Unterschiede aufgezeigt und eine grundsätzliche Würdigung vorgenommen. Unter Investitionsrechnung soll dabei der Teilprozess der Investitionsplanung und -entscheidung verstanden werden, der die Beurteilung der Vorteilhaftigkeit eines Investitionsprojektes oder mehrerer Investitionsalternativen ermöglichen soll.
  Auf die Darstellung von Verfahren, die sich mit der Beurteilung von Investitionsprogrammen, also der optimalen Kombination von mehreren Einzelprojekten (und bspw. der Finanzierung), beschäftigen, wird aus Gründen der Praktikabilität und des Umfangs verzichtet.
  Die Beschreibung und Würdigung der Verfahren zur Investitionsrechnung ist in der betriebswirtschaftlichen Literatur breit eingeführt. Gegenüber diesen, zumeist rein wissenschaftlichen Darstellungen, wird in den weiteren Ausführungen versucht, den Leser grundlagen- und praxisorien tiert an die Inhalte heranzuführen. Ein- und weiterführende Literaturangaben finden sich im Literaturverzeichnis.

6.1 Allgemeines

Investitionen binden finanzielle Mittel. Investitionsrechnungen sollen die wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit eines Investitionsprojektes aufzeigen. Die Vorteilhaftigkeit kann sich dabei nach unterschiedlichen Kriterien ergeben. So haben bspw. Investitionsrechnungen das Ziel, die Rentabilität einer geplanten Investition zu ermitteln. Bezogen auf die Rentabilität ist eine Investition in der Regel dann vorteilhaft, wenn die Einnahmenüberschüsse aus der Investition die Anschaffungsauszahlungen abdecken und darüber hinaus das in einem Investitionsprojekt gebundene Kapital in „angemessener" Höhe verzinst wird.  
  Die Angemessenheit ergibt sich aus den Renditeerwartungen des jeweiligen Investors. Im Mindestfall orientieren sich diese Erwartungen an den am Kapitalmarkt erzielbaren Renditen. Auf der Grundlage des wirtschaftlichen Handelns wird der Investor jedoch auch eine zusätzliche Risikoprämie fordern. Im Vergleich zu einer Anlage am Kapitalmarkt (z. B. öffentliche Anleihen) gibt es für Investitionen in Produktionsmittel zahlreiche zusätzliche Risiken und Wagnisse, die in Form von Aufschlägen auf die Renditeerwartung berücksichtigt werden. Folglich ist die exakte, also anreiz- und entscheidungsorientierte, Ermittlung der Projektdaten und -prämissen, insbesondere der Wertezeitreihe, von großer Bedeutung. Einige Verfahren orientieren sich nicht an den Zahlungsstromgrößen (z. B. Ausgaben/Einnahmen), sondern operieren u. a. mit Begriffen wie bspw. Aufwendungen, Kosten, Erlösen u. s. w. Diese unterschiedlichen Begriffe entstammen den kaufmännischen Abrechnungssystemen, die sich an den Prozessen in den Unternehmen orientieren. Grundsätzlich werden folgende Begriffspaare unterschieden:

Auszahlung               Einzahlung
Ausgaben                 Einnahmen
Aufwendungen          Erträge
Kosten                     Leistungen/Erlöse

Die Begriffe Auszahlung und Einzahlung repräsentieren die Bewegungen von Bar- und Buchgeldern.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhalt7
Autoren11
1 Einführung12
2 Systemübersicht und Vorteile der KWK16
2.1 Anlagenübersicht18
2.2 Energetische und ökologische Vorteile der KWK26
3 Methodisches Vorgehen bei der Vorbereitung von Systementscheidungen32
3.1 Darstellung der Rahmenbedingungen33
3.2 Zusammenstellung der technischen und wirtschaft- lichen Grundlagen für Auswahl und Berechnung der Varianten34
3.3 Ermittlung und Analyse der Bedarfswerte34
3.4 vorhandene Energieversorgungsanlagen35
3.5 Auswahl und Dimensionierung36
3.6 Berechnung der ökonomischen Eckdaten und Variantengegenüberstellung37
3.7 Ökologische Systemanalyse und Variantengegenüberstellung38
3.8 Zusammenfassende Bewertung und Systemempfehlung38
4 Anlagenauswahl und Dimensionierung39
4.1 Auswahl der einsetzbaren KWK-Anlagen40
4.2 Festlegung der Betriebsart42
4.3 Leistungsauslegung der Gesamtanlage44
4.4 Auswahl und Dimensionierung der peripheren Hilfseinrichtungen und Anlagen für jede Variante47
4.5 Erstellen der Aufstellungskonzepte47
4.6 Festlegung der Mengengerüste und Ermittlung der Investitionen und der dazugehörigen Kapitalkosten48
4.7 Ermittlung der Bedarfswerte48
4.8 Ermittlung der Kosten48
4.9 Ökonomische und ökologische Variantengegenüberstellung48
4.10 Optimierung der Auslegungsdaten49
5 Technische Grundlagen52
5.1 KWK-Anlagen mit Verbrennungsmotoren66
5.1.1 Aufbau und Integration in die Wärmeversorgung68
5.2.1.1 Einfacher, offener Gasturbinenprozess mit Abhitzekessel109
5.2.1.2 Gas- und Dampfturbinenprozess109
5.2.1.3 Gasturbine mit Dampfeinspritzung (Cheng-Prozess)112
5.1.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang71
5.1.3 Motorbauarten/Aggregatetechnik78
5.1.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen81
5.1.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung89
5.1.5.1 Leistungsdaten91
5.1.5.2 Jahresarbeit93
5.1.5.3 Investitionen96
5.1.5.4 Wartungs- und Instandhaltungsaufwand97
5.1.5.5 Personalaufwand100
5.1.6 Konzeption von Klein-BHKW-Anlagen101
5.2 KWK-Anlagen mit Gasturbinen104
5.2.1 Gesamt-Anlagenprozess106
5.2.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlage113
5.2.3 Gasturbinenbauarten123
5.2.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen127
5.2.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung128
5.2.5.1 Leistungswerte129
5.2.5.2 Jahresarbeit132
5.2.5.3 Investitionen136
5.2.5.4 Wartungs- und Instandhaltungsaufwand137
5.2.5.5 Personalbedarf139
5.3 KWK-Anlagen mit Dampfturbinen142
5.3.1 Gesamtanlagenprozess144
5.3.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang150
5.3.2.1 Dampfturbinentechnik152
5.3.2.2 Dampfkesselanlagen für Dampfturbinen-Heizkraftwerke155
5.3.3 Bauarten und technische Rahmenbedingungen für die Konzeptionierung von Heizkraftwerken mit Dampfturbinen165
5.3.4 Emissionen/Verbrennungsrückstände169
5.3.4.1 Emissionen169
5.3.4.2 Verbrennungsrückstände175
5.3.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung176
5.3.5.1 Leistungswerte177
5.3.5.2 Jahresarbeit199
5.3.5.3 Investitionen202
5.3.5.4 Wartungs- und Instandhaltungsaufwand203
5.3.5.5 Personalaufwand205
5.4 Sonstige KWK-Anlagen208
5.4.1 Direktantrieb von Arbeitsmaschinen durch Verbrennungskraftmaschinen oder Dampfturbinen208
5.4.2 KWK-Anlagen auf Basis von Dampfmotoren209
5.4.3 Verbrennungsmotorwärmepumpen210
5.4.4 Absorptionskälteanlagen214
5.4.5 Adsorptionskälteanlagen219
5.4.6 ORC-Anlagen und ihre Anwendung in der Geothermie221
5.4.7 Stirling-Motoren226
5.4.8 Brennstoffzellen-Heizkraftwerke228
6 Investitionsrechnungen – Betriebswirtschaftliche Grundlagen232
6.1 Allgemeines233
6.2 Statische Verfahren236
6.2.1 Kostenvergleichsrechnung236
6.2.2 Gewinnvergleichsrechnung239
6.2.3 Rentabilitätsvergleichsrechnung240
6.2.4 Amortisationsrechnung242
6.2.5 MAPI-Methode245
6.2.6 Anmerkungen zu den statischen Verfahren der Investitionsrechnung247
6.3 Dynamische Verfahren248
6.3.1 Kapitalwertmethode252
6.3.2 Interne Zinsfuß-Methode254
6.3.3 Annuitätenmethode256
6.3.4 Anmerkungen zu den dynamischen Verfahren der Investitionsrechnung258
6.4 Anwendung der Investitionsrechnung in der Praxis261
7 Wirtschaftlichkeitsberechnung262
7.1 Zusammenstellung der Kostenansätze264
7.2 Berechnung der Leistungs- und Arbeitswerte269
7.3 Zusammenstellung der Investitionen und der Kapitalkosten279
7.4 Zusammenstellung der betriebsgebundenen Kosten282
7.5 Jahreskostenberechnung und Variantengegenüberstellung284
7.6 Sensitivitätsanalyse288
8 Ökologische Systemanalyse290
8.1 Schadstoffbilanz290
8.2 Ökologische Bewertung der Systeme295
8.2.1 Emissionsbewertung296
8.2.2 Immissionsbewertung299
8.3 Die Kraft-Wärme-Kopplung im Emissionshandel300
8.3.1 Das Prinzip des Emissionshandels301
8.3.2 Beispiel für den Emissionshandel301
8.3.2 Beispiel für den Emissionshandel301
8.3.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen des Emissionshandels302
8.3.4 Die Bedeutung der KWK für die CO2–Emissionen des deutschen Kraftwerksparks303
8.3.5 Klimaschutz als übergeordnetes Ziel gesetzliche Festlegungen304
9 Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen306
9.1 Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft-Kopplung306
9.1.1 Anlagenbeschreibung Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft- Kopplung307
9.1.1.1 Energiebereitstellung307
9.1.1.2 Energieverteilung308
9.1.1.3 Struktur Energieverwendung309
9.1.2 Betriebspunkte der Anlage309
9.1.2.1 Betriebspunktbestimmung Dampferzeuger309
9.1.2.2 Betriebspunktbestimmung der Turbinen312
9.1.2.3 Schichtenmodell zur Anlagenbetrachtung317
9.1.2.4 Bewertung der Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft-Kopplung320
9.2 Standardisierte BHKW-Wirtschaftlichkeitsberechnung326
9.3 Biomasse-Heizkraftwerk, Realisierungsergebnisse329
9.4 Nachrüstung einer Gasturbinenanlage332
9.4.1 Aufgabenstellung332
9.4.2 Ergebnis der Bestandsaufnahme333
9.4.3 Auswahl und Dimensionierung technisch sinnvoller Varianten333
9.4.3.1 Variante 9.4-I: Nachrüstung einer Gasturbinenanlage333
9.4.3.2 Variante 9.4-II: Nachrüstung eines Heißwasserkessels334
9.4.4 Ökonomische und ökologische Gegenüberstellung der ausgewählten Varianten335
9.5 Wärmeauskopplung aus großen GuD-Anlagen351
Literatur356
Sachverzeichnis362
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis366

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