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2010 | Book

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Kraft-Wärme-Kopplung

Editors: Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : VDI-Buch

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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About this book

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist zu einem Eckpfeiler der europäischen und der deutschen Energie- und Klimapolitik geworden. Die Nutzung der KWK-Wärme zur Kälteerzeugung erhöht die ohnehin schon hohe Effizienz dieser Technik weiter. In der 4. Auflage trägt das Buch dieser Entwicklung Rechnung und will allen Verantwortlichen für kommunale, industrielle und gebäudetechnische Energieversorgung helfen, einen schnellen Einstieg zur Anwendung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) zu finden.

Das Buch enthält die erforderlichen Angaben, um ohne umfangreiches Fachliteraturstudium die in Industriebetrieben, Gebäudekomplexen und Energieversorgungsunternehmen eingesetzten KWKK-Anlagen in technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht beurteilen zu können. Mit Beispielen wird die Vorgehensweise bei der Anlagenauslegung, der wirtschaftlichen Bewertung und der Aufstellung von Emissionsbilanzen erläutert. Es finden sich u. a. Arbeitshilfen für die Planung von Blockheizkraftwerken, Gasturbinen-Heizkraftwerken, Dampfturbinen-Heizkraftwerken sowie Wärmepumpen und Absorptions-/Adsorptionskälteanlagen. Weitere KWKK-Techniken, wie ORC-Anlagen, Stirlingmotoren und Brennstoffzellen werden behandelt. Ebenso wird untersucht, wie regenerative Energien, z. B. Biomasse, mit KWKK effizienter genutzt werden können.

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Table of Contents

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Der gekoppelten Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie kommt durch den hohen Gesamtwirkungsgrad der Systeme besonders im Hinblick auf Ressourcenschonung und Umweltschutz eine besondere Bedeutung zu.Insbesondere bei der Bereitstellung von Niedertemperaturwärme ist die Primärenergieausnutzung in den konventionellen Kesselanlagen aus exergetischer Sicht sehr verbesserungswürdig. Um jedoch Anlagen realisieren zu können, die aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht optimale Verhältnisse erwarten lassen, muss das technisch Machbare und energiepolitisch Gewollte mit dem wirtschaftlich Notwendigen verknüpft werden. Die komplexen Systemzusammenhänge erfordern bereits im Vorfeld von Entscheidungen ökonomische und ökologische Systemanalysen, um eine technisch und wirtschaftlich optimal dem Bedarfsfall angepasste Anlagenauswahl sicherzustellen.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

2. Systemübersicht und Vorteile der KWK

Zusammenfassung

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zeichnen sich durch eine besonders rationelle Energieumwandlung aus. Bei der Erzeugung von mechanischer Energie durch Verbrennen fossiler Brennstoffe entsteht ein großes Wärmepotential, welches z.B. bei der Stromerzeugung in konventionellen Großkraftwerken häufig ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird; in diesen Fällen ist dann zusätzlich Primärenergie zur Deckung des Wärmebedarfs erforderlich.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

3. Methodisches Vorgehen bei der Vorbereitung von Systementscheidungen

Zusammenfassung

Die Wirtschaftlichkeit von Energieversorgungsanlagen wird entscheidend durch die jeweilige Auswahl der nergieerzeugungsanlage beeinflusst. Hinzu kommt, dass durch die gestiegenen ökologischen Anforderungen und die damit verbundenen Änderungen in der Genehmigungspraxis die zu erwartenden Emissionen der Energieerzeugungsanlagen bereits in der Phase der Systemauswahl größte Bedeutung gewinnen. Um aussagefähige und belastbare Entscheidungsgrundlagen zu erhalten, wird im Regelfall ein Energiekonzept angefertigt, das alle die Erzeugung und Verteilung der Energie beeinflussenden Größen erfasst.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

4. Anlagenauswahl und Dimensionierung

Zusammenfassung

Die Auswahl und Dimensionierung von KWK-Anlagen (siehe Kapitel 3.5) erfordert in allen Bearbeitungsschritten ein hohes Maß an Sorgfalt, da die Wirtschaftlichkeit der Anlage entscheidend von der richtigen Auswahl und Dimensionierung des kompletten Systems abhängt. Zu groß ausgelegte Anlagen werden nur in geringem Umfang betrieben, so dass die eingesetzten Investitionen nur zum Teil genutzt werden. Unterdimensionierte KWK-Aggregate schöpfen nicht alle vorhandenen Möglichkeiten aus und erreichen somit nicht die optimal erzielbare Wirtschaftlichkeit für das Gesamtsystem. Zusätzlich ist eine Vielzahl an Einflüssen zu berücksichtigen, wie z.B.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

5. Technische Grundlagen

Zusammenfassung

KWK-Anlagen werden seit Jahren erfolgreich zur gekoppelten Produktion von Strom und Wärme sowie auch Kälte eingesetzt. Der Leistungsbereich der Anlagen beginnt bereits bei wenigen kW und reicht bis zu einigen hundert MW elektrischer Gesamtleistung. Bis Mitte der 90er Jahre lag der Haupteinsatzbereich zwischen ca. 100 kW und 30 MW elektrischer Leistung. In jüngerer Zeit werden auch Anlagen unter 50 kW in größerer Zahl installiert. Grund dafür sind die gesetzlichen Rahmenbedingungen, mit denen auch die Deckung des dezentralen Raumwärmebedarfs durch KWK verstärkt werden soll. Im Folgenden wird der gesamte durch KWK abgedeckte Leistungsbereich behandelt.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

6. Investitionsrechnungen – Betriebswirtschaftliche Grundlagen

Zusammenfassung

„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.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

7. Wirtschaftlichkeitsberechnung und Rahmenbedingungen

Zusammenfassung

Um den wirtschaftlichen Erfolg einer KWK-Anlage sicherstellen zu können, sind Wirtschaftlichkeitsberechnungen nicht nur im Vorplanungs-, Entwurfs- oder Ausführungsstadium, sondern über die gesamte Errichtungs- und Nutzungsdauer der Anlage, begleitend bei allen anstehenden Investitionen durchzuführen.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

8. Ökologische Systemanalyse

Zusammenfassung

Bei Betrieb, Umbau oder Neuerrichtung von nergieerzeugungsanlagen sind die von den Anlagen ausgehenden Umwelteinflüsse zu beachten. Unter allen von Energieversorgungsanlagen ausgehenden Emissionen ist den Luftschadstoffen eine besondere Bedeutung beizumessen.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

9. Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen

Zusammenfassung

Ergänzend zu den vorstehenden Ausführungen folgen hier einige Beispiele ausgeführter KWK-Anlagen. Die Konzeption und die Anwendung der Berechnungsgrundlagen werden anhand dieser Beispiele erläutert.

Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz

Backmatter

Title: Kraft-Wärme-Kopplung
Editors: Gunter Schaumann
Karl W. Schmitz
Copyright Year: 2010
Publisher: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-01425-3
Print ISBN: 978-3-642-01424-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-01425-3