Energieeffizienz in Krankenhäusern - Kraft-Wärme-Kopplung (6)

Energiecontracting - geplante Flexibilität | Ressourceneffizienz (Juli 2019).

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Anonim

Die Kraft- Wärme- Kopplung ist die kombinierte Erzeugung von Wärme und Elektrizität . Der Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung besteht darin, dass die durch die Stromerzeugung freigesetzte Wärme genutzt werden kann. Die bekannteste Form der Kraft-Wärme-Kopplung ist ein Stromgenerator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wobei die von dem Motor abgegebene Wärme zur Erzeugung von Dampf und / oder heißem Wasser verwendet wird. Ein wichtiger Faktor für das wirtschaftliche Potenzial ist, dass nicht nur der Strom, sondern auch die Wärme gut genutzt werden muss. Dies bedeutet, dass sowohl Wärme als auch Strom kontinuierlich nachgefragt werden müssen.

Wegen ihres spezifischen Wärme- und Stromverbrauchs sind Krankenhäuser besonders für die Kraft-Wärme-Kopplung geeignet. Ein Charakteristikum von Krankenhäusern ist, dass das ganze Jahr über ein konstanter Wärmebedarf besteht, zB für warmes Leitungswasser und Sterilisation. Dieses konstante Wärmebedarfsprofil wirkt sich günstig auf die Stundenzahl aus, in der das Blockheizkraftwerk bei Volllast arbeiten kann.

Beispiele für die Wärme- und Strombedarfsprofile eines Krankenhauses sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Abbildung 3 (links). Jahresprofil für Wärmebedarf, Bild 4 (rechts). Jährliches Profil für die Stromnachfrage

In der Praxis wird häufig ein Blockheizkraftwerk mit einer Absorptionskältemaschine kombiniert, um im Sommer die Stundenzahl bei Volllast zu erhöhen. Beachten Sie jedoch, dass es wichtig ist, die Absorptionskältemaschine in der richtigen Weise zu verwenden, wie in den folgenden Berechnungsbeispielen gezeigt.

Ein weiterer Vorteil eines Blockheizkraftwerkes besteht darin, dass es als Notstromversorgung fungiert und somit zumindest einen Teil der notwendigen Betriebskontinuität im Falle eines Netzspannungsausfalls beiträgt; Ein Blockheizkraftwerk kann einen Teil der Arbeit eines Notstromaggregats übernehmen. Bei der Installation eines Blockheizkraftwerkes müssen eine Reihe wichtiger Faktoren berücksichtigt werden. Diese sind in den folgenden Berechnungsbeispielen dargestellt.

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Berechnungsbeispiel für eine KWK-Anlage

In diesem Berechnungsbeispiel wird eine Anzahl von praktischen Überlegungen genauer untersucht. Wir betrachten zuerst die Kosten der von der Kogeneinheit erzeugten Energie.

Elektrische Effizienz der Cogen-Einheit:35%
Thermische Effizienz der Cogen-Einheit:50%
Gaspreis:30 € / MWh
Preis pro MWh Strom (aus Cogen, ohne die Wärme zu verwenden):85 € / MWh
Preis pro MWh thermischer Energie (aus Cogen, ohne Verwendung der Elektrizität):60 € / MWh
Kosten für den Strombezug von außen (Spitze):80 € / MWh
Kosten für den Kauf von Strom von außerhalb (außerhalb der Spitze):45 € / MWh
Kosten für thermische Energie aus Gaskessel (eff = 90%):33 € / MWh

Aus den obigen Daten ergibt sich eindeutig kein Punkt, der nur für Elektrizität oder nur für Wärmeenergie von der Cogen-Einheit abhängt. Eine Anzahl von Berechnungsbeispielen wird unten basierend auf den obigen Daten gezeigt.

KWK-Betrieb am Tag und in der Nacht

Die Unterschiede zwischen Spitzen- und Nebenkosten für Strom haben einen starken Einfluss auf die Kosteneinsparungen, die mit der Kraft-Wärme-Kopplung erreicht werden können. Als Beispiel nehmen wir an, dass tagsüber 100 MWh Strom produziert werden und die Wärme gut genutzt werden kann.

Während des Tages:

Strom produziert:100 MWh e
Wärme produziert:143 MWh th
Stromkosten + produzierte Wärme:8 570 €

In diesem Fall kosten 100 MWhe und 150 MWh € 8 570. Wenn diese Energiemenge während des Tages von außen gekauft worden wäre, wären die Kosten wie folgt gewesen:

Kaufpreis für 100 MWh e :8 000 €
Kaufpreis für 143 MWh (Gas):4 760 €
Gesamtkaufpreis:12 760 €
Kostenersparnis durch Cogen:4 190 €

Wenn dieselbe Menge von außerhalb der Nacht gekauft wurde, ist die Berechnung wie folgt:

Kaufpreis für 100 MWh e :4 5 00 €
Kaufpreis für 143 MWh (Gas):5 000 €
Gesamtkaufpreis:9 500 €
Kostenersparnis durch Cogen:930 €

Daraus können wir schließen, dass die durch die Kraft-Wärme-Kopplung erzielten Kosteneinsparungen in hohem Maße von den Energiepreisen abhängen und ob die erzeugte Wärme gut genutzt werden kann. Der Strombedarf eines Krankenhauses ist so hoch, dass es in den meisten Fällen nie einen Überschuss gibt. Aber selbst wenn es einen Überschuss gibt, kann es zurück ins Netz verkauft werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die KWK auf Basis des Wärmebedarfs betrieben wird.

Kraft-Wärme-Kopplung in Kombination mit einer Absorptionskältemaschine

Im folgenden Beispiel wird die Cogen-Einheit in Kombination mit einer Absorptionskältemaschine betrieben. Neben der Absorptionsmaschine sind auch eine Reihe von Kompressionskältemaschinen verfügbar. Die Nachfrage nach Kälte beträgt 500 MWhth. Die Absorptionskältemaschine hat einen Wirkungsgrad von 70%.

Die Absorptionskältemaschine wird immer dann betrieben, wenn der Wärmebedarf des Krankenhauses niedriger ist als die Wärme, die von der Wärmeaustauscheinheit geliefert wird.

Menge der Nachfrage nach Kälte:500 MWh th
Effizienz der Absorptionskältemaschine:70%
Wärmebedarf für Absorptionskältemaschine:715 MWh th
Menge der erzeugten Elektrizität (für 715 MWhth):500 MWh e
Gesamtkosten für 500 MWh Kälte und 500 MWh Strom:42 900 €

Wenn die tagsüber benötigte Kälte von den Kompressionskältemaschinen erzeugt würde, wären die Kosten wie folgt: 500 MWh Strom würden von außen eingekauft:

COP-Kompressionskühlung:3, 5
Stromverbrauch durch Kompressionskältemaschine zur Erzeugung von 500 MWhth Kälte:143 MWh e
Kosten von 500 MWhth Kälte:11 430 €
Kosten von 500 MWh Strom:40 000 €
Gesamtkosten für 500 MWhth kalt + 500 MWhe Strom:51 430 €
Kosteneinsparung :8 530 €

Daraus schließen wir, dass die Absorptionskältemaschine die Kraft-Wärme-Kopplung am Tage sinnvoll ergänzen kann, wenn der Wärmebedarf gering ist. Wenn wir die gleiche Situation in der Nacht betrachten, ist die Berechnung wie folgt:

COP-Kompressionskühlung:3, 5
Stromverbrauch durch Kompressionskältemaschine zur Erzeugung von 500 MWhth Kälte:143 MWh e
Kosten von 500 MWhth Kälte:6 435 €
Kosten von 500 MWh Strom:22 500 €
Gesamtkosten für 500 MWhth kalt + 500 MWhe Strom:28 935 €
Kosteneinsparung :-13 950 €

Daraus schließen wir, dass es für den Cogen nicht sinnvoll ist, nachts extra Wärme für die Absorptionskältemaschine zu erzeugen. Wegen des niedrigen Preises für Schwachstrom ist es besser, wenn die Kälte von den Kompressionskältemaschinen erzeugt wird.

Während der Nacht produzierte der Cogen nur die Wärme, die sinnvollerweise verwendet werden kann, wobei der Cogen entsprechend dem Wärmebedarf des Krankenhauses gesteuert wird.

QUELLE: LEONARDO ENERGIE, Rob van Heur

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