Die Bedeutung des Erdgases als fossiler Energieträger ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Von dieser Entwicklung ist gegenwärtig kein Ende abzusehen, da bestehende Marktanteile anderer fossiler Energien wie Kohle und Erdöl durch Erdgas substituiert werden können. Durch seine umweltfreundlichen Eigenschaften, wie dem geringen CO2-Ausstoß und dem Preis-Leistungsverhältnis, ist es gegenüber den genannten Rohstoffen eine wettbewerbsfähige Alternative. Die im letzten Jahrzehnt aufgebaute Infrastruktur durch Erdgasnetzsysteme, welche über Russland bis nach Deutschland reichen, fördern diese Wirtschaftlichkeit des Rohstoffs und lassen Abnehmern die Möglichkeit, Erdgas unkompliziert ohne Lagerung und Lieferüberwachung zu konsumieren. Vor allem viele Privathaushalte, aber auch die Industrie wurden durch diese Vorteile überzeugt. Erdgas wird unter hohem Druck in Fördergebieten aus dem Erdreich gewonnen und über lange Überlandleitungen zum Verbraucher transportiert.
Dabei ist die Förderkette bis zu dem einzelnen Bedarfsorten in mehrere Druckdifferenzen gegliedert, die an den jeweiligen Übergabestationen anstehen. Je nach Distanz, über die Erdgas transportiert wird, veranschlagt man unterschiedliche Rohrdurchmesser und Druckstufen um den Reibungsverlust des strömenden Elements zu minimieren. Transporte innerhalb Deutschlands werden bei bis zu 50 bar realisiert. Angekommen an den Hauptabnahmepunkten wird der Druck reduziert um den technischen Anforderungen der an die Gasleitung angeschlossenen Anlagen zu entsprechen. Die Druckreduzierung wird auch als Drosselung bezeichnet, bei der durch eine Verengung nur ein Teil des Gases weiterströmen kann und in der darauf folgenden Erweiterung dieser Teil sich ausbreitet, also expandiert und somit an Druck verliert. Dies stellt eine simple Technik dar, die verglichen zu einer Autobremse ihren Zweck erfüllt, aber parallel Energie, die in dem Erdgas besteht unwiederbringlich entnimmt. Der Verlust der kinetischen Energie des PKW kann hierbei dem Druckverlust gleichgesetzt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. EINFÜHRUNG
2. TECHNISCHE VORAUSSETZUNG
2.1. LEISTUNGSANFORDERUNGEN
2.2. PHYSIKALISCHE GRUNDBETRACHTUNG
2.3. KUMMULIERTE MENGENBETRACHTUNG
2.4. KOMPONENTENEINTEILUNG
2.4.1. TURBINE
2.4.2. KOLBENMOTOR
2.4.3. EXPANSIONSSCHRAUBEN
2.4.4. GENERATOREN
2.4.5. WÄRMETAUSCHER
2.5. KOMPLETTSYSTEME
3. WIRTSCHAFTLICHE BETRACHTUNG
3.1. GRUNDLAGEN
3.1.1. TECHNISCHE AUSRICHTUNG
3.1.2. WIRTSCHAFTLICHER AUSRICHTUNG
3.2. RECHNUNGSGRUNDLEGUNG UND UMSETZUNG
3.3. RISIKOBEWERTUNG
3.4. PRAKTISCHE UMSETZUNG
3.5. MITTELBESCHAFFUNG
3.5.1. FREMDFINANZIERUNG
3.5.2. EIGENFINANZIERUNG
3.5.3. CONTRACTING
4. ÜBERTRAGUNG AUF VORHANDENE SYSTEME
4.1. DARSTELLUNG ANHAND EINER BEISPIELANLAGE
4.2. KOMPLETTSYSTEM KÜHNLE, KOPP & Kausch AG
4.2.1. ANLAGEN- UND FIRMENDARSTELLUNG
4.2.2. WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG
4.3. KOMPLETTSYSTEM TEG TURBOEQUIPMENT GMBH
4.3.1. ANLAGEN- UND FIRMENDARSTELLUNG
4.3.2. WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG
4.4. KOMPLETTSYSTEM SPILLINGWERK GMBH
4.4.1. ANLAGEN- UND FIRMENDARSTELLUNG
4.4.2. WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG
5. ZUSAMMENFASSUNG
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert das technische und wirtschaftliche Potenzial von Gasentspannungsanlagen zur Stromerzeugung, um den bei der Druckreduzierung von Erdgas auftretenden Energieverlust zu minimieren und in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln.
- Technische Grundlagen und physikalische Effekte der Gasexpansion.
- Eignung verschiedener Anlagentypen wie Turbinen und Kolbenmotoren.
- Methodik der Wirtschaftlichkeitsrechnung unter Berücksichtigung von Investitions- und Betriebskosten.
- Analyse praktischer Fallbeispiele bei Energieversorgungsunternehmen (EVU).
- Risikobewertung und Finanzierungsmodelle für Investitionsprojekte.
Auszug aus dem Buch
1. Einführung
Die Bedeutung des Erdgases als fossiler Energieträger ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Von dieser Entwicklung ist gegenwärtig kein Ende abzusehen, da bestehende Marktanteile anderer fossiler Energien wie Kohle und Erdöl durch Erdgas substituiert werden können. Durch seine umweltfreundlichen Eigenschaften, wie dem geringen CO2 Ausstoß und dem Preis Leistungsverhältnis, ist es gegenüber den genannten Rohstoffen eine wettbewerbsfähige Alternative.
Die im letzten Jahrzehnt aufgebaute Infrastruktur durch Erdgasnetzsysteme, welche über Russland bis nach Deutschland reichen, fördern diese Wirtschaftlichkeit des Rohstoffs und lassen Abnehmern die Möglichkeit, Erdgas unkompliziert ohne Lagerung und Lieferüberwachung zu konsumieren. Vor allem viele Privathaushalte, aber auch die Industrie wurden durch diese Vorteile überzeugt.
Erdgas wird unter hohem Druck in Fördergebieten aus dem Erdreich gewonnen und über lange Überlandleitungen zum Verbraucher transportiert. Dabei ist die Förderkette bis zu dem einzelnen Bedarfsorten in mehrere Druckdifferenzen gegliedert, die an den jeweiligen Übergabestationen anstehen. Je nach Distanz, über die Erdgas transportiert wird, veranschlagt man unterschiedliche Rohrdurchmesser und Druckstufen um den Reibungsverlust des strömenden Elements zu minimieren. Transporte innerhalb Deutschlands werden bei bis zu 50bar realisiert. Angekommen an den Hauptabnahmepunkten wird der Druck reduziert um den technischen Anforderungen der an die Gasleitung angeschlossenen Anlagen zu entsprechen. Die Druckreduzierung wird auch als Drosselung bezeichnet, bei der durch eine Verengung nur ein Teil des Gases weiterströmen kann und in der darauf folgenden Erweiterung dieser Teil sich ausbreitet, also expandiert und somit an Druck verliert.
Dies stellt eine simple Technik dar, die verglichen zu einer Autobremse ihren Zweck erfüllt, aber parallel Energie, die in dem Erdgas besteht unwiederbringlich entnimmt. Der Verlust der kinetischen Energie des PKW kann hierbei dem Druckverlust gleichgesetzt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINFÜHRUNG: Erläutert die wachsende Bedeutung von Erdgas und die physikalische Problematik des Druckverlusts bei konventionellen Drosselanlagen.
2. TECHNISCHE VORAUSSETZUNG: Beschreibt die Anforderungen an Expansionsaggregate, physikalische Prinzipien wie den Joule-Thomson-Effekt und die verschiedenen Systemkomponenten.
3. WIRTSCHAFTLICHE BETRACHTUNG: Definiert die Methoden zur Investitionsrechnung, Kosten-Nutzen-Analysen und die Risikobewertung von Gasentspannungsprojekten.
4. ÜBERTRAGUNG AUF VORHANDENE SYSTEME: Präsentiert konkrete Marktanalysen und Fallbeispiele von Anlagenbauern sowie die Wirtschaftlichkeitsberechnung an einer Modellanlage.
5. ZUSAMMENFASSUNG: Fasst die Ergebnisse der Studie zusammen und bewertet die ökonomische Sinnhaftigkeit der untersuchten Drosseltechnologien.
Schlüsselwörter
Erdgas, Gasentspannungsanlage, Stromerzeugung, Druckreduzierung, Drosselung, Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeitsrechnung, Kapitalwert, Amortisation, Turbine, Kolbenmotor, Erdgasnetz, Energierückgewinnung, Contracting, KWK.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob und unter welchen Bedingungen die Umwandlung von Druckenergie bei der Erdgasentspannung in elektrische Energie technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Thermodynamik der Gasentspannung, der technischen Anlagenauslegung (Turbinen, Kolbenmotoren), der Investitionsrechnung und der Bewertung der Wirtschaftlichkeit für Versorgungsbetriebe.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Beantwortung der Frage, ob sich Erdgasentspannungsanlagen durch die Erzeugung von Strom aus bisher ungenutzten Druckdifferenzen ökonomisch amortisieren und als wettbewerbsfähige Technologie etablieren lassen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden energetische Kennzahlen (Enthalpie-Entropie-Diagramme) mit finanzmathematischen Bewertungsmethoden wie der Kapitalwertmethode und der Amortisationsrechnung kombiniert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert physikalische Grundlagen, vergleicht Anlagentypen, diskutiert verschiedene Finanzierungswege (Eigen-, Fremdfinanzierung, Contracting) und führt eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsanalyse anhand von Herstellerdaten durch.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Erdgasentspannung, Energierückgewinnung, Kapitalwert, Stromerzeugung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Warum wird im Beispiel von der Investition abgeraten?
Aufgrund der spezifischen Lastkurve der Beispielanlage und der zu geringen Jahresauslastung wird der kalkulierte Kapitalwert über den gesamten Zeitraum negativ, weshalb sich die Anlage nicht amortisiert.
Welche Rolle spielt die KWK-Vergütung bei der Wirtschaftlichkeit?
Die KWK-Vergütung stellt eine zentrale Erlöskomponente dar; entfällt diese nach einer gewissen Zeit, verschlechtert sich die Wirtschaftlichkeit des Projekts signifikant, was die Amortisation erschwert.
- Quote paper
- Fabian Schmidt (Author), 2004, Technisches und wirtschaftliches Potential von Gasentspannungsanlagen zur Stromerzeugung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/32206
