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RheinEnergie AG
Berechnung der
Primärenergiefaktoren und KWK-
Anteile
für die Fernwärmeversorgung
20.12.2018
1 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis .............................................................................................................. 2
Zusammenfassung .................................................................................................................... 3
1. Einleitung .......................................................................................................................... 4
2. Berechnungsgrundlagen .................................................................................................. 5
2.1. Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen ........................................................................... 5
2.2. Erzeugung in Heizwerken ................................................................................................... 6
2.3. Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie ................................................................ 7
3. Berechnung der Primärenergiefaktoren ........................................................................... 8
3.1. Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz ....................................................................................... 9
3.2. Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd ......................................................................... 10
3.3. Fernwärmenetz Merheim ................................................................................................... 11
3.4. Fernwärmenetz Junkersdorf .............................................................................................. 12
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 2
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungen:
BHKW Blockheizkraftwerk
EnEV Energieeinsparverordnung
FW Fernwärme
GuD Gas- und Dampfturbinenkraftwerk
GT-HKW Gasturbinenheizkraftwerk
HK Heizkessel
HKW Heizkraftwerk
HW Heizwerk
KWK Kraft-Wärme-Kopplung
Formelzeichen:
A Stromarbeit
𝑓 Faktor
𝑄 Wärme
𝑊 Brennstoffwärme
Indizes:
Bez Bezugsmix Strom
Bne Nettowert der Berichtszeit
Br Brennstoff
FW Fernwärme
HN Heiznetz
Kond Kondensationsanteil
KWK Kraft-Wärme-Kopplung
ne Nettowert
p Primärenergie
PD Prozessdampf
verdr Verdrängungsmix Strom
3 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
Zusammenfassung
Basierend auf Betriebsdaten der drei Jahre 2015 bis 2017 werden die Primärenergiefaktoren
für die vier Fernwärmenetze der RheinEnergie AG berechnet und in aktualisierter Form
veröffentlicht. Die ermittelten Primärenergiefaktoren sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Übersicht über die aktualisiert veröffentlichten Primärenergiefaktoren.
Bezeichnung Fernwärmenetz AGFW-Code Anteil KWK Primärenergiefaktor
Innenstadt-Deutz DENW0023 95,5 % 0,00
Neue Stadt-Bocklemünd DENW0022 88,3 % 0,70
Merheim DENW0047 83,4 % 0,70
Junkersdorf DENW0024 36,5 % 1,01
Für die Fernwärmenetze Innenstadt-Deutz und Junkersdorf wird ein Primärenergiefaktor
anhand der Stromgutschriftmethode nach AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 berechnet. Bei
Anlagen mit gekoppelter und ungekoppelter Erzeugung wird nach AGFW-Arbeitsblatt FW 308
eine Aufteilung der eingesetzten Primärenergie in einen Heizwerkanteil und einen Kraft-
Wärme-Kopplungs-Anteil (KWK-Anteil) durchgeführt. Für die beiden Fernwärmenetzen
Merheim und Neue Stadt-Bocklemünd wird nach FW 309 Teil 1 ein pauschaler
Primärenergiefaktor von 0,70 ausgewiesen.
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 4
1. Einleitung
Seit dem Inkrafttreten der Energieeinsparverordnung (EnEV) in 2002 wird eine ganzheitliche
Betrachtung der Energieversorgung für bestehende und neu zu errichtende Gebäude vom
Gesetzgeber vorgeschrieben. Die EnEV in der derzeit gültigen Fassung vom Oktober 2015
begrenzt den Jahresprimärenergiebedarf der Gebäude. Die Ermittlung dieses
Primärenergiebedarfs beinhaltet den Energieeinsatz und die Verluste, die bei der Gewinnung
bzw. Erzeugung und Transport bis zum Gebäude entstehen. Diese vorgelagerten
Energiemengen werden im Primärenergiefaktor der jeweiligen Energieträger berücksichtigt.
Die RheinEnergie betreibt zur Wärmeversorgung von Köln vier getrennte Fernwärmenetze. Im
Folgenden wird die Ermittlung der Primärenergiefaktoren der Fernwärmeversorgung für die
Fernwärmenetze der RheinEnergie beschrieben.
5 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
2. Berechnungsgrundlagen
Der überwiegende Anteil der von RheinEnergie erzeugten Fernwärme wird in hocheffizienten
KWK-Anlagen wie z.B. Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD) erzeugt. In KWK-Anlagen
wird Strom und Wärme in gekoppelter Erzeugung unter sehr hoher Ausnutzung des
einsetzten Brennstoffs erzeugt. Zusätzlich zu KWK-Anlagen kommen auch Heizkesselanlagen
zur Spitzenlastabdeckung oder als Ersatzanlagen zum Einsatz. So wird eine hohe
Versorgungssicherheit der mit Fernwärme versorgten Kunden gewährleistet.
Die Primärenergiefaktoren für Fernwärmenetze werden anhand der AGFW-Arbeitsblätter
FW 309 Teil 1 von Mai 2014 und FW 308 von September 2015 ermittelt. Im Arbeitsblatt
FW 309 Teil 1 wird die Methodik zur Berechnung der Primärenergiefaktoren nach der
Stromgutschriftmethode beschrieben. Das Arbeitsblatt FW 308 dient zur Abgrenzung des
KWK-Prozesses bei Kraftwerksanlagen mit Kondensationsstromanteil. Danach wird eine
Kraftwerksanlage mit anteiliger Kondensationsstromerzeugung rechnerisch in eine KWK- und
eine Kondensationsanlage aufgeteilt. Der KWK-Anteil fließt in die Ermittlung des
Primärenergiefaktors für die Fernwärmebereitstellung ein.
Für die Bestimmung des spezifischen Primärenergiefaktors der Fernwärme aus KWK-Anlagen
ist eine Brennstoffzuordnung zu den Koppelprodukten Strom und Fernwärme erforderlich. Die
Stromgutschriftmethode berücksichtigt, dass dem in KWK erzeugten Strom bei der
Einspeisung ins Netz Vorrang eingeräumt wird. Der Primärenergieaufwand des verdrängten
Stroms wird der KWK-Wärme gutgeschrieben, d.h. vom Primärenergieaufwand der KWK-
Wärme abgezogen. Dies erfolgt mit Hilfe eines in der FW 309 Teil 1 festgelegten
Primärenergiefaktors für den durch KWK verdrängten Strommix.
Der Primärenergiefaktor für das jeweilige Fernwärmenetz wird aus den mengengewichteten
Primärenergiefaktoren der einzelnen in das Fernwärmenetz einspeisenden Anlagen und auf
Basis der Energiemengen der drei Bilanzjahre berechnet.
2.1. Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen
In Abbildung 1 ist eine Anlagenkonfiguration für KWK-Anlagen mit gekoppelter
Wärmeerzeugung dargestellt. In KWK-Anlagen werden Strom und Wärme gemeinsam
erzeugt, was den Primärenergieeinsatz im Vergleich zu konventioneller und ausschließlicher
Stromerzeugung senkt. Der Primärenergiefaktor des Fernwärmesystems wird anhand von
Formel 1 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt.
𝑓P,FW =(𝑊Br −𝑊Kond) ⋅ 𝑓p,Br + (𝐴HN − 𝐴Bne,KWK) ⋅ 𝑓p,verdr
∑𝑄FW
(1)
Bei hocheffizienten KWK-Anlagen kann der Primärenergiefaktor der Fernwärmeversorgung
einen negativen Wert annehmen und ist dann auf einen Wert von 0,00 zu setzen.
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 6
Abbildung 1: Anlagenkonfiguration mit gekoppelter Wärmeerzeugung am Beispiel einer erdgasbefeuerten GuD-Anlage.
Für Anlagen mit gekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach Formel 1
der Pauschalwert
𝑓P,FW = 0,70 (2)
ausgewiesen werden.
2.2. Erzeugung in Heizwerken
Die in Abbildung 2 dargestellte Anlagenkonfiguration umfasst in der Regel Heizwerke mit
mehreren Heizkesseln ohne zusätzliche Stromproduktion. Für diese Anlagen kann der
Primärenergiefaktor nach Formel 3 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt werden.
𝑓P,FW =𝑊Br ⋅ 𝑓p,Br + (AHN − 𝐴Bne,KWK) ⋅ 𝑓p,bez
∑𝑄FW
(3)
7 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
Für Anlagen mit ungekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach
Formel 3 der Pauschalwert
𝑓P,FW = 1,30 (4)
ausgewiesen werden.
Abbildung 2: Anlagenkonfiguration mit ungekoppelter Wärmeerzeugung.
2.3. Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie
Als Primärenergiefaktoren für Brennstoff und Strom werden die in Tabelle 2 angegebenen
Werte aus dem AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 verwendet.
Tabelle 2: Ausgewählte Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze der RheinEnergie.
Brennstoff fp
Braunkohle 1,2
Erdgas 1,1
Heizöl 1,1
Allgemeiner Strommix 2,8
Verdrängungsstrommix 2,8
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 8
3. Berechnung der Primärenergiefaktoren
Die Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze von RheinEnergie können auf der
Plattform https://www.district-energy-systems.info mit Hilfe des in Tabelle 3 genannten
AGFW-Codes abgefragt werden können.
Tabelle 3: Übersicht über die Fernwärmenetze der RheinEnergie.
Bezeichnung Fernwärmenetz AGFW-Code
Innenstadt-Deutz DENW0023
Neue Stadt-Bocklemünd DENW0022
Merheim DENW0047
Junkersdorf DENW0024
Die in Abbildung 3 dargestellten Fernwärmenetze werden von unterschiedlichen
Heizkraftwerken (HKW), Blockheizkraftwerken (BHKW) und Heizwerken (HW) versorgt.
Abbildung 3: Schematische Darstellung der Fernwärmenetze und Erzeugungsstandorte der RheinEnergie in Köln.
9 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
3.1. Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz
Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Innenstadt-Deutz erfolgt mit 80,4 % durch die
beiden Anlagen GuD Niehl 2 und GuD Niehl 3 (vgl. Tabelle 4 und Abbildung 4). Die Anlagen
GuD Südstadt und das Gasturbinenheizkraftwerk Niehl (GT-HKW) werden rechnerisch in
einen HW-Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt. Die Anlagen Niehl 2 und Niehl 3 werden in
einen Kond-Anteil und KWK-Anteil aufgeteilt.
Tabelle 4: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz
Anlage
Erzeugungsart Brennstoff
KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl
GuD Niehl 2 X - X X
GuD Niehl 3 X - X -
Hilfskessel Niehl - X X X
GT-HKW Niehl X X X -
GuD Südstadt X X X -
Heizkessel Südstadt - X X X
Heizwerk Deutz - X X X
Abbildung 4: Fernwärmeerzeugung im Netz Innenstadt-Deutz in den Jahren 2015 bis 2017.
In Tabelle 5 sind die Energiebilanzen für das Netz Innenstadt-Deutz aus den Jahren 2015 bis
2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-
Anteil von 95,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von
𝑓P,FW = 0,00. (5)
41,2%
39,2%
14,9%
3,7%0,6% 0,5%
GUD_Niehl_2_KWK
GUD_Niehl_3_KWK
GUD_Südstadt_KWK
Kessel_Südstadt_HW
GUD_Südstadt_HW
Sonstige
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 10
Tabelle 5: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz.
Bezeichnung
2015 2016 2017 Zeitraum
WBr,KWK,p Primärenergie KWK 2.904.911 3.048.928 3.667.338 9.621.177
ABne,KWK Nettostrom KWK 972.523 1.217.777 1.536.570 3.726.870
AHN Stromeigenbedarf 9.452 9.452 9.452 28.356
Ane,p Nettostrombilanz -2.696.600 -3.383.309 -4.275.930 -10.355.840
QFW Fernwärmeabsatz 890.379 806.459 809.389 2.381.574
3.2. Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd
Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Neue Stadt-Bocklemünd erfolgt mit 86,9 % durch
die beiden Anlagen Block 6 Merkenich und GuD Merkenich (vgl. Tabelle 6 und Abbildung 5).
Die Anlagen Block 6, GuD Merkenich, und Block 4 wurden rechnerisch in einen KWK- und
einen Kond-Anteil aufgeteilt. Bis auf das Heizwerk Bocklemünd können alle Anlagen im Netz
Neue Stadt-Bocklemünd sowohl Prozessdampf als auch Fernwärme erzeugen. Daher wird für
alle Anlagen eine getrennte Berechnung für den Anlagenteil zur Fernwärme- und
Prozessdampferzeugung durchgeführt.
Tabelle 6: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd.
Anlage
Erzeugungsart Brennstoff Produkt
KWK-
Anteil
HW-
Anteil
Braun-
kohle Erdgas Heizöl Fernwärme
Prozess-
dampf
Block 6 Merkenich X - X X - X X
Block 4 Merkenich X - - X - X X
GuD Merkenich X - - X - X X
Reservekessel
Merkenich - X - X - X X
Heizwerk
Bocklemünd - X - X X X -
Abbildung 5: Fernwärmeerzeugung im Netz Neue Stadt-Bocklemünd in den Jahren 2015 bis 2017.
59,2%
27,7%
1,4%
7,0%
4,7%
Block_6_Merkenich_KWK
GUD_Merkenich_KWK
Block_4_Merkenich_KWK
Kessel_Merkenich_HW
Kessel_Bocklemünd_HW
11 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
In Tabelle 7 sind die Energiebilanzen für das Netz Neue Stadt-Bocklemünd aus den Jahren
2015 bis 2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei
einem KWK-Anteil von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von
𝑓P,FW = 0,70. (6)
Tabelle 7: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd.
Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum
WBr,KWK,p Primärenergie KWK 469.717 544.081 519.703 1.533.500
ABne,KWK Nettostrom KWK 95.371 133.340 118.418 347.128
AHN Stromeigenbedarf 1.547 1.811 1.995 5.354
Ane,p Nettostrombilanz -262.706 -368.279 -325.984 -956.969
QFW Fernwärmeabsatz 200.704 211.090 206.544 618.338
3.3. Fernwärmenetz Merheim
Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Merheim erfolgt mit 83,4 % durch die GuD Merheim
(vgl. Tabelle 8 und Abbildung 6). Die Anlage GuD Merheim wurde rechnerisch in einen HW-
Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt.
Tabelle 8: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Merheim.
Anlage
Erzeugungsart Brennstoff
KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl
GuD Merheim X X X X
Heizwerk Merheim - X X X
Abbildung 6: Fernwärmeerzeugung im Netz Merheim in den Jahren 2015 bis 2017.
83,4%
15,5%
1,1%
GuD_Merheim_KWK
Kessel_Merheim_HW
GuD_Merheim_HW
PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 12
In der Tabelle 9 sind die Energiebilanzen für das Netz Merheim aus den Jahren 2015 bis2017
dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil
von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von
𝑓P,FW = 0,70. (7)
Tabelle 9: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Merheim.
Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum
WBr,KWK,p Primärenergie KWK 222.480 244.084 238.894 705.458
ABne,KWK Nettostrom KWK 53.478 61.616 55.554 170.648
AHN Stromeigenbedarf 571 579 569 1.719
Ane,p Nettostrombilanz -148.140 -170.905 -153.959 -473.004
QFW Fernwärmeabsatz 101.766 110.167 108.684 320.617
3.4. Fernwärmenetz Junkersdorf
Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Junkersdorf erfolgt mit 63,5 % durch Heizkessel
(vgl.
Tabelle 10 und Abbildung 7). Der Rest der Erzeugung wird durch Gasmotoren-BHKW in KWK
bereitgestellt.
Tabelle 10: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Junkersdorf.
Anlage
Erzeugungsart Brennstoff
KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl
BHKW Junkersdorf X - X X
Heizwerk Junkersdorf - X X X
Abbildung 7: Fernwärmeerzeugung im Netz Junkersdorf in den Jahren 2015 bis 2017.
In Tabelle 11 sind die Energiebilanzen für das Netz Junkersdorf aus den Jahren 2015 bis 2017
dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil
von 36,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von
36,5%
63,5%
BHKW_Junkersdorf_KWK
Kessel_Junkersdorf_HW
13 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME
𝑓P,FW = 1,01. (8)
Tabelle 11: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Junkersdorf.
Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum
WBr,KWK,p Primärenergie KWK 24.499 24.922 24.832 74.254
ABne,KWK Nettostrom KWK 3.898 3.712 3.829 11.439
AHN Stromeigenbedarf 66 63 65 193
Ane,p Nettostrombilanz -10.731 -10.219 -10.539 -31.489
QFW Fernwärmeabsatz 13.714 14.231 14.273 42.218
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