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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


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


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


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


Auskopplung von Wärme aus einer Strom-

erzeugungsanlage (Bilanzgrenze und Mess-Stellen)


Auskopplung von Wärme aus einer Strom-

erzeugungsanlage (Stromverlust und Nutzungsgrad)

EK-DT

Ohne Wärmeauskopplung Mit Wärmeauskopplung

ζKWK


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


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


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


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




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


Stromerzeugung mit und ohne Stromverlust

(wärmegeführte Anlagen)


Nicolas Léonard Sadi Carnot

(1796 -1832)

Quelle: http://ffden-

2.phys.uaf.edu/webproj/212_spring_2014/Devante_Owens/

Devante_Owens/Slides/Homepage.html


Temperatur und Entropie

(Kreisprozess)

Wasser

verdampfen

Dam

pf

ents

pannen

Dampf

kondensieren


vereinfacht nach Carnot

t U

t m2

t m1

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 -1832)


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?


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


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


Ergebnisse nach Carnot und

zum Vergleich nach Arbeitswert




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




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


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

Bestimmung spezifischer CO2 Emissionsfaktoren für die ...web.gdw.de/uploads/pdf/veranstaltungen/energietage2016/160413_Mueller... · AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme,

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