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Kraft-Wärme-Kopplung

Anlagenauswahl, Dimensionierung, Wirtschaftlichkeit, Emissionsbilanz

AutorGunter Schaumann, Karl W. Schmitz
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl456 Seiten
ISBN9783642014253
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis109,99 EUR

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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur vierten Auflage5
Vorwort zur ersten Auflage6
Inhalt7
Autoren12
1 Einführung13
2 Systemübersicht und Vorteile der KWK16
2.1 Anlagenübersicht18
2.2 Energetische und ökologische Vorteile der KWK26
3 Methodisches Vorgehen bei der Vorbereitungvon 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 Darstellung und Analyse der vorhandenen Energie-versorgungsanlagen (entfällt bei Neuanlagen)35
3.6 Berechnung der ökonomischen Eckdaten und Variantengegenüberstellung37
3.7 Ökologische Systemanalyse und Varianten-gegenüberstellung38
3.8 Zusammenfassende Bewertung und System-empfehlung38
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 Hilfs-einrichtungen 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 Variantengegenüber-stellung48
4.10 Optimierung der Auslegungsdaten49
5 Technische Grundlagen51
5.1 KWK-Anlagen mit Verbrennungsmotoren65
5.1.1 Aufbau und Integration in die Wärmeversorgung67
5.1.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang70
5.1.3 Motorbauarten/Aggregatetechnik77
5.1.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen80
5.1.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung89
5.1.6 Konzeption von Klein-BHKW-Anlagen101
5.2 KWK-Anlagen mit Gasturbinen103
5.2.1 Gesamt-Anlagenprozess105
5.2.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlage112
5.2.3 Gasturbinenbauarten122
5.2.4 Emissionen/Emissionsminderungsmaßnahmen126
5.2.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung127
5.3 KWK-Anlagen mit Dampfturbinen140
5.3.1 Gesamtanlagenprozess142
5.3.2 Aufstellungsverhältnisse/Gesamtanlagenumfang148
5.3.3 Bauarten und technische Rahmenbedingungen für dieKonzeptionierung von Heizkraftwerken mit Dampfturbinen163
5.3.4 Emissionen/Verbrennungsrückstände167
5.3.5 Basisdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung174
5.4 Sonstige KWK-Anlagen205
5.4.1 Direktantrieb von Arbeitsmaschinen durch Verbrennungskraftmaschinenoder Dampfturbinen205
5.4.2 KWK-Anlagen auf Basis von Dampfmotoren206
5.4.3 Verbrennungsmotorwärmepumpen207
5.4.4 Absorptionskälteanlagen211
5.4.5 Adsorptionskälteanlagen216
5.4.6 ORC-Anlagen und ihre Anwendung in der Geothermie218
5.4.7 ORC-Anlagen zur Nutzung von Abwärme223
5.4.8 Stirling-Motoren224
5.4.9 Brennstoffzellen-Heizkraftwerke227
5.4.10 KWK-Anlagen in virtuellen Kraftwerken230
5.5 Biomasse- und Bioreststoff-Vergasungsanlagen233
5.5.1 Vergasungsanlagen für holzartige Biomasse234
5.5.2 Biogasanlagen244
5.5.3 Verölungsanlagen250
6 Investitionsrechnungen – BetriebswirtschaftlicheGrundlagen252
6.1 Allgemeines253
6.2 Statische Verfahren256
6.2.1 Kostenvergleichsrechnung256
6.2.2 Gewinnvergleichsrechnung259
6.2.3 Rentabilitätsvergleichsrechnung260
6.2.4 Amortisationsrechnung262
6.2.5 MAPI-Methode265
6.2.6 Anmerkungen zu den statischen Verfahren der Investitionsrechnung267
6.3 Dynamische Verfahren268
6.3.1 Kapitalwertmethode272
6.3.2 Interne Zinsfuß-Methode274
6.3.3 Annuitätenmethode276
6.3.4 Anmerkungen zu den dynamischen Verfahren der Investitionsrechnung278
6.4 Beispiel für die Anwendung der Investitionsrechnung in der Praxis281
7 Wirtschaftlichkeitsberechnung undRahmenbedingungen293
7.1 Kostenansätze und Rahmenbedingungen295
Investitionsförderung von Mini-KWK-Anlagen (Quelle: www.bafa.de)305
7.2 Berechnung der Leistungs- und Arbeitswerte306
7.3 Zusammenstellung der Investitionen und der Kapital-kosten317
7.4 Zusammenstellung der betriebsgebundenen Kosten320
7.5 Jahreskostenberechnung und Variantengegenüber-stellung322
7.6 Sensitivitätsanalyse326
8 Ökologische Systemanalyse327
8.1 Schadstoffbilanz327
8.2 Ökologische Bewertung der Systeme334
8.2.1 Emissionsbewertung334
8.2.2 Immissionsbewertung339
8.3 Die Kraft-Wärme-Kopplung im Emissionshandel340
8.3.1 Das Prinzip des Emissionshandels341
8.3.2 Beispiel für den Emissionshandel (Abb. 8.3-1):341
8.3.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen des Emissionshandels342
8.3.4 Die Bedeutung der KWK für die CO2–Emissionen des deutschen Kraftwerksparks344
8.3.5 Klimaschutz als übergeordnetes Ziel gesetzliche Fest-legungen344
9 Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen346
9.1 Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft-Kopplung346
9.1.1Anlagenbeschreibung Kraft-Wärme-Kälte-Druckluft- Kopplung347
9.1.2 Betriebspunkte der Anlage349
9.2 Standardisierte BHKW-Wirtschaftlichkeitsberechnung366
9.3 Biomasse-Heizkraftwerk, Realisierungsergebnisse369
9.4 Nachrüstung einer Gasturbinenanlage in einem bestehenden Dampfturbinen-Heizkraftwerk373
9.4.1 Aufgabenstellung373
9.4.2 Ergebnis der Bestandsaufnahme373
9.4.3Auswahl und Dimensionierung technisch sinnvoller Varianten374
9.4.4Ökonomische und ökologische Gegenüberstellung der ausgewählten Varianten375
9.5 Wärmeauskopplung aus großen GuD-Anlagen392
9.6 Energieversorgung mit einer Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsanlage397
9.7 Strom- und Wärmeerzeugung mit holzartiger Biomasse gemäß EEG406
Jahresüberschuss der Varianten 1, 2 und 3 bei Variation der Brennstoffkosten410
Zu erwartender Jahresüberschuss bei Variation der Betriebsstunden411
9.7.1Variante 1: Biomasse-Heizkraftwerk mit Dampfturbine415
9.7.2Variante 2: Biomasse-Heizkraftwerk mit ORC-Turbine424
9.7.3Variante 3: Holzvergasungsanlage mit BHKW429
Literatur438
Stichwortverzeichnis445
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis451

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