bestimmung spezifischer co2 emissionsfaktoren für die ...€¦ · berliner energietage 2016 praxis...
Post on 14-Jun-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Headline
AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V.
Bestimmung spezifischer CO2-
Emissionsfaktoren für die Fernwärme
speziell KWK-Prozesse
Ullrich Müller
Frankfurt am Main
Berliner Energietage 2016
Praxis Wohnungswirtschaft: CO2-Emissionen,
Bilanzierung , Monitoring, Strategien
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 2
Bilanzierung eines Wärmenetzes
Bila
nzgre
nze
Bila
nzgre
nze
H = 1
Heizwerk
Pumpstrom
Wärmenetz
Wärmenetz-
einspeisung
1,111
Wärmenetz-
ausspeisung
1,000
Wirkungsgrad
η = 1 / 1,111
η = 0,90
Energiebedarfszahl
e = 1,111 / 1
e = 1,111
kWh
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 3
Aufteilung des Wärmebedarfs auf
Erzeugungsanlagen und Hilfsenergie
Bila
nzgre
nze
H = 1 HWE = 1,111
η = 0,800
e = 1,250
Heizwerk
0,010
Pumpstrom
Wärmenetz
EHE
0,011
FHW
1,375
HWE-HE = 0,010 X 1,111 : = 0,011
HWE-HW = 1,111 – 0,011 : = 1,100
Wärmenetz-
einspeisung
1,111
Wärmenetz-
ausspeisung
1,000
Energie-
einsatz
1,386
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 4
EHE
0,011
FHW
1,375
Bilanzierung der Erzeugungsanlagen und CO2-Emissionen
HWE = 1,111
η = 0,800
e = 1,250
Heizwerk
0,010
Pumpstrom
Wärmenetz
0,010 X 1,111
HWE-HE = 0,011
1,111 – 0,011
HWE-HW = 1,10
Brennstoffenergie Wärmenetzeinspeisung Brennstoff CO2-Emmission
CO2 in kg/kWh
0,267
Strom
Erdgas
80 %
Heizöl
20 %
CO2 in kg/kWh
0,202
CO2 in kg/kWh
0,361
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 5
Wärme- Energie- Wärme- Hilfs- Hilfs-
netzaus- bedarfs- netzein- energie- energie-
speisung zahl WN speisung anteil WN bedarf
kWh kWh/kWh kWh kWh/kWh kWh(1) (2) (3)=(1)X(2) (4) (5)=(3)X(4)
1,000 1,111 1,111 0,010 0,011
(6)
Wärmenetzeinspeisung Hilfsenergie 1,2% 0,011
Wärmenetzeinspeisung 99,0% 1,100
Summe Wärmenetzeinspeisung 1,111
Brenn- Wärme- Energie- Energie- Emissions- CO2-
stoff netzein- bedarfs- Einsatz faktor Emission
Anteile speisung zahl CO2
kWh kWh/kWh kWh kg / kWh kg(7) (8) =(6)X(7) (9) (10)=(8)X(9) (11) (12)=(10)X(11)
Hilfsenergie 0,011 1,000 0,011 0,361 0,004
Erdgas 80% 0,880 1,250 1,100 0,202 0,222
Heizöl 20% 0,220 1,250 0,275 0,267 0,073
1,111 1,386 0,300
Spezifischer Brennstoffeinsatz und
spezifische CO2-Emissionen
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 6
Auskopplung von Wärme aus einer Strom-
erzeugungsanlage (Bilanzgrenze und Mess-Stellen)
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 7
Auskopplung von Wärme aus einer Strom-
erzeugungsanlage (Stromverlust und Nutzungsgrad)
EK-DT
Ohne Wärmeauskopplung Mit Wärmeauskopplung
ζKWK
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 8
Bilanzierung einer KWK-Anlage
(Vergleich zweier Betriebszustände)
L1 = 0,140 L1 = 0,140
E = 0,420 E = 0,323
ηKond = 0,420 ηKond = 0,420
ζKWK = 0,860 0% 0,537 ζKWK = 0,860 100% 0,537
F = 1,000 β = 0,180 HKWK-0 = 0,000 F = 1,000 β = 0,180 HKWK-1 = 0,537
σKWK = 0,603 σKWK = 0,603
εH-KWK = 0,429 L2 = 0,440 εH-KWK = 0,429 L2 = 0,000
Brennstoff F = 1,000 Brennstoff FKWK = 1,000
Strom E = 0,420 Strom EKWK = 0,323
Wärmeauskopplung HKWK-0 = 0,000 Wärmeauskopplung HKWK-1 = 0,537
Verluste [ L1 + L2 ] L = 0,580 Verluste [ L1 + L2 ] LKWK = 0,140
Energiebilanz ohne Wärmeauskopplung in MW Energiebilanz mit Wärmeauskopplung in MW
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 9
ηE = E / F 0,420
eE = F / E ( = 1 / ηE ) 2,381
ηE-KWK = EKWK-P / FKWK-P 0,323
ηH-KWK = HKWK-P / FKWK-P 0,537
ζKWK = ηE-KWK + ηH-KWK 0,860
ζKWK = [ EKWK-P + HKWK-P ] / FKWK-P 0,860
β = [FKWK-P ∙ηE - EKWK-P] / HKWK-P 0,180
β = εH-KWK ∙ηE 0,180
σKWK = EKWK / HKWK 0,603
σKWK = ( ηE - β ∙ ζKWK ) / (ζKWK - ηE ) 0,603
eH-KWK = [ FKWK-P - EKWK-P / ηE ] / HKWK-P 0,429
eH-KWK = β / ηE 0,429
Energiebedarfszahl der Stromerzeugung
KWK-Nutzungsgrad
Stromverlustkennzahl
Stromkennzahl
Energiebedarfszahl der ausgekoppelten Wärme
Wirkungsgrad der Stromerzeugung
Kennzahlen
Kennzahlen des KWK-Prozesses
in einer KWK-Anlage
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 10
FH-KWK
0,472
Bilanzierung der Erzeugungsanlagen und CO2-Emissionen
HWE = 1,111
eE = 2,381
eH-KWK = 0,429
KWK
0,010
Wärmenetz
Pumpstrom
0,010 X 1,111
EHE
0,011 HWE-HE = 0,011
1,111 – 0,011
HWE-KWK = 1,100
Brennstoffenergie Wärmenetzeinspeisung Brennstoff CO2-Emmission
CO2 in kg/kWh
0,000
Strom
Steinkohle
80 %
Biomasse
10 %
CO2 in kg/kWh
0,346
CO2 in kg/kWh
0,824
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 11
Wärme- Energie- Wärme- Hilfs- Hilfs-
netzaus- bedarfs- netzein- energie- energie-
speisung zahl WN speisung anteil WN bedarf
kWh kWh kWh kWh/kWh kWh(1) (2) (3)=(1)X(2) (4) (5)=(3)X(4)
1,000 1,111 1,111 0,010 0,011
(6)
Wärmenetzeinspeisung Hilfsenergie 1,2% 0,011
Wärmenetzeinspeisung 99,0% 1,100
Summe Wärmenetzeinspeisung 1,111
Brenn- Wärme- Energie- Energie- Emissions- CO2-
stoff netzein- bedarfs- Einsatz faktor Emission
Anteile speisung zahl CO2
kWh kWh kWh kg / kWh kg(7) (8) =(6)X(7) (9) (10)=(8)X(9) (11) (12)=(10)X(11)
Hilfsenergie 0,011 1,000 0,011 0,824 0,009
Biomasse 10% 0,110 0,429 0,047 0,000 0,000
Steinkohle 90% 0,990 0,429 0,425 0,346 0,147
1,111 0,483 0,156
Spezifischer Brennstoffeinsatz und
spezifische CO2-Emissionen
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 12
Stromerzeugung mit und ohne Stromverlust
(wärmegeführte Anlagen)
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 13
Nicolas Léonard Sadi Carnot
(1796 -1832)
Quelle: http://ffden-
2.phys.uaf.edu/webproj/212_spring_2014/Devante_Owens/
Devante_Owens/Slides/Homepage.html
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 14
Temperatur und Entropie
(Kreisprozess)
Wasser
verdampfen
Dam
pf
ents
pannen
Dampf
kondensieren
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 15
vereinfacht nach Carnot
t U
t m2
t m1
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 -1832)
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 16
Dampfnetze
Umgebung Sättigung
Indices U S
Temperatur t °C 10 °C 105 °C
Temperatur T Kelvin 283 K 378 K
TU 283 K── ────TS 378 K
ηC = 1 - ; 0,251 = 1 -
βC = ηC
EC = EKWK + HKWK X βC
eE-C = EC / FKWK
eH-KWK-C = βC X eE-C
Dampfnetze: Wieviel Strom könnte man maximal
noch mit dem ausgekoppelten Dampf erzeugen?
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 17
Wassernetze: Wieviel Strom könnte man maximal
noch mit der ausgekoppelten Wärme erzeugen?
Wassernetze
Umgebungs- Vorlauf Rücklauf Mittel
Indices U V R m
Temperatur t °C 10 °C 100 °C 60 °C 80 °C
Temperatur T Kelvin 283 K 373 K 333 K 353 K
TU 283 K── ────Tm 353 K
────────(373 + 333)
2
ηC = 1 - ; 0,198 = 1 -
Tm =(TV + TR)──────
2;353 K =
βC = ηC
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 18
Bilanzierung der KWK-Anlage
L1 = 0,140 L1 = 0,140
ηKond = 0,420 E = 0,323 ηKond = 0,420 E = 0,323
ηE = 0,323 ηE = 0,323
ζKWK = 0,860 0% 0,537 ζKWK = 0,860 100% 0,537
F = 1,000 β = 0,180 HKWK = 0,000 F = 1,000 β = 0,180 HKWK = 0,537
σKWK = 0,603 σKWK = 0,603
εH-KWK = 0,429 L2 = 0,537 εH-KWK = 0,429 L2 = 0,000
Brennstoff F = 1,000 Brennstoff FKWK = 1,000
Strom E = 0,323 Strom EKWK = 0,323
Wärmeauskopplung HKWK-0 = 0,000 Wärmeauskopplung HKWK-1 = 0,537
Verluste [ L1 + L2 ] L = 0,677 Verluste [ L1 + L2 ] LKWK = 0,140
Energiebilanz ohne Wärmeauskopplung in MW Energiebilanz mit Wärmeauskopplung in MW
EC = 0,537 X 0,198 + 0,323 : = 0,429
eE-C = 1 / 0,429
eE-C = 2,329
0,198 / 0,429 = 0,461
eH-KWK-C = 0,461
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 19
Ergebnisse nach Carnot und
zum Vergleich nach Arbeitswert
Brenn- Wärme- Energie- Energie- Emissions- CO2-
stoff netzein- bedarfs- Einsatz faktor Emission
Anteile speisung zahl CO2
kWh kWh/kWh kWh kg / kWh kg(7) (8) =(6)X(7) (9) (10)=(8)X(9) (11) (12)=(10)X(11)
Hilfsenergie 0,011 1,000 0,011 0,824 0,009
Biomasse 10% 0,110 0,461 0,051 0,000 0,000
Steinkohle 90% 0,990 0,461 0,456 0,346 0,158
1,111 0,518 0,167
Zum Vergleich: EK-DT Arbeitswert
Brenn- Wärme- Energie- Energie- Emissions- CO2-
stoff netzein- bedarfs- Einsatz faktor Emission
Anteile speisung zahl CO2
kWh kWh/kWh kWh kg / kWh kg
(7) (8) =(6)X(7) (9) (10)=(8)X(9) (11) (12)=(10)X(11)
Hilfsenergie 0% 0,011 1,000 0,011 0,824 0,009
Biomasse 10% 0,110 0,429 0,047 0,000 0,000
Steinkohle 90% 0,990 0,429 0,425 0,346 0,147
1,111 0,483 0,156
Donnerstag, 20. Dezember 2012 AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 20
Zusammenfassung
spez. CO2-
Emissionen
Wärmenetz-
ausspeisung
CO2-
Emission
Wärmenetz-
einspeisung
Energie-
umwandlung
eWN = 1,111
eHW = 1,250
eKWK = 0,429
eHE = 0,010 fHE1 = 0,361
fHE2 = 0,824
fEG = 0,202
fHEL = 0,267
fBM = 0,000
fSK = 0,346
HWA
1,000
HWE
1,111 FHE
0,011
FHW
1,375
FH-KWK
0,472
FH-KWK-C
0,507
EHE1 0,004
EHW-EG 0,278
EH-KWK-SK-C 0,167
EHE1 0,009
EHW-HEL 0,367
EH-KWK-SK 0,163 eKWK-C = 0,461
top related