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Kraftwerke & Energieanlagen

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Strom und Dampf für die Molkerei

Text: Juliane Bränzel, TÜV Süd Industrie Service
Modernisieren oder erweitern? Ein Molkerei-Großbetrieb fragte sich, welche Investition auf Dauer wirtschaftlicher ist – der Ersatz eines alten Dampfkessels durch einen neuen oder die Erweiterung zu einer kombinierten Gas-und Dampfturbinenanlage.

Bevor die Milch ins Glas kommt, benötigt sie viel Energie. Eine Großmolkerei in Süddeutschland verbraucht für ihren Betrieb Strom und große Mengen an Prozessdampf, der die Milchprodukte erhitzt und sterilisiert. Diesen Dampf produziert die Molkerei in mehreren Dampfkesseln selbst, zusätzlich wird ein Teil des Dampfes über eine Dampfturbine entspannt. Damit gewinnt sie zugleich einen Teil des für die Produktion benötigten Stroms, zusätzlich kauft sie Strom von externen Energieversorgern.

Da derzeit die Erneuerung eines veralteten Dampfkessels ansteht, stellt sich die Frage: Ist ein Austausch des Kessels effizient? Oder ist es auf lange Sicht wirtschaftlich sinnvoller, die vorhandene Dampfturbine durch eine neue Gasturbine mit Abhitzekessel und Zusatzfeuerung zu ergänzen? So würde eine kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) entstehen. Diese Anlagen gelten als flexibel, weil sie schnell gestartet werden können und Lastwechsel innerhalb kurzer Zeit möglich sind. Und: Sie haben durch ihren Aufbau einen besonders hohen Wirkungsgrad; der eingesetzte Brennstoff wird optimal zur Stromerzeugung ausgenutzt.

Gerade diese Option der höheren Eigenproduktion von Strom erschien der Molkerei in Zeiten steigender Strompreise interessant. Um jedoch eine wirtschaftlich fundierte Entscheidung zu treffen, die alle relevanten Faktoren und auch verschiedene Szenarien für die Zukunft einbezieht, ließ die Großmolkerei beide Alternativen – Modernisierung des alten Kessels und Installation einer GuD-Anlage – detailliert überprüfen. Sie beauftragte TÜV Süd Industrie Service mit einer Wirtschaftlichkeitsberechnung auf Bais des tatsächlichen und des künftig zu erwartenden Energiebedarfs.

Komplexes Szenario

Die Molkerei hat bereits Angebote für eine Gasturbine mit Abhitzekessel von drei Herstellern eingeholt. Betrachtet man allein die anfänglichen Investitionskosten, wäre die Antwort eindeutig: Die Modernisierung des Kessels wäre klar kostengünstiger als der Umbau in eine Gas- und Dampfturbinenanlage. Bei energietechnischen Anlagen muss jedoch immer langfristig kalkuliert werden – mit unterschiedlichen Parametern. Dabei sind vor allem die Betriebskosten entscheidend: Aus dem künftig zu deckenden Strom- und Dampfbedarf errechnet sich über die jeweiligen Wirkungsgrade der Brennstoffbedarf in den Zukunftsszenarien. Die resultierenden Brennstoffkosten unterliegen zusätzlich dem Einfluss externer Faktoren wie EEG-Änderungen, dem Preis von CO2-Zertifikaten und schwankenden Energiepreisen. Und auch aus technischer Sicht ist vorausschauend zu handeln: Die Anlagenkomponenten müssen vielfältige Mengenkombinationen von gleichzeitigem Dampf- und Strombedarf abdecken können.

Die Analyse berücksichtigt die Verbrauchs- und Bedarfszahlen des Unternehmens für Strom und Dampf aus dem Vorjahr, die anhand von Zukunftsplanungen aktualisiert wurden, um den voraussichtlichen Bedarf für die kommenden Jahre zu ermitteln. Besonders berücksichtigt wurde, dass die Molkerei Produktionssteigerungen und technische Änderungen plant, die einerseits zusätzlichen Strom- und andererseits reduzierten Dampfbedarf nach sich ziehen werden. Der Fokus lag zunächst auf den zugeführten Brennstoffen und der Frage wie viel Erdgas eingesetzt werden muss, um die benötigte Menge Dampf zu produzieren. Das Ergebnis: Die GuD-Anlage benötigt nur unwesentlich mehr Brennstoff als die Dampfturbinenanlage – die GuD-Variante erzeugt aber zugleich mehr als doppelt so viel elektrischen Strom. So könnte das Unternehmen seinen Strombedarf weitgehend selbst decken. Insgesamt ist sogar ein geringer Eigenstromüberschuss zu erwarten. In diesem Punkt spricht die Analyse also klar für die GuD-Variante.

Unsicherheit durch externe Faktoren

Anschließend wurden die Investitions-, Betriebs- und Jahreskosten genauer analysiert. Grundlage für den Vergleich zwischen einer Modernisierung und einer Erweiterung waren einerseits die Angebote der drei Hersteller, andererseits die aktuellen Energiepreise des Unternehmens und weitere externe Faktoren. So spielten die TÜV-Süd-Experten in Sensitivitätsanalysen verschiedene Szenarien durch, um herauszufinden, welche Auswirkungen Änderungen bei den verschiedenen Faktoren haben würden.

Was würde es für die Wirtschaftlichkeit einer GuD-Anlage bedeuten, wenn die externen Strom- und Gaspreise deutlich steigen würden? Was wäre, wenn CO2-Zertifikate im Preis stark fallen oder ansteigen würden? Wie würde sich ein Wegfall von Förderungen und Steuerermäßigungen auswirken? Welchen Einfluss haben Änderungen bei der Umlage nach dem EEG? Solche externen Rahmenbedingungen, die starken Einfluss auf die Energiepreise haben, sind bei einer langfristigen Investition immer Risikofaktoren. Die Vorgaben aus Politik und Wirtschaft können sich schnell und dynamisch entwickeln. Deshalb ist es wichtig, in einem Worst-Case-Szenario aufzuzeigen, wo die ökonomischen Grenzen einer Investition liegen.

In der Sensitivitätsanalyse berechneten die Energieexperten die Auswirkungen solcher Veränderungen in verschiedenen Varianten, um der Molkerei eine valide Entscheidungsgrundlage zur Verfügung zu stellen. Im Ergebnis zeigte sich, dass externe Faktoren wie Energiepreise, Steueränderungen und EEG-Umlage zwar einen erheblichen Einfluss auf die Möglichkeit haben, durch eine Gasturbine mit Abhitzekessel Geld zu sparen. Dennoch ist die GuD-Variante auch bei ungünstiger Entwicklung im Vergleich zum Weiterbetrieb der Dampfturbine mit modernisiertem Kessel wirtschaftlicher.

Nachdem feststand, dass eine GuD-Anlage grundsätzlich langfristig sinnvoll sein wird, wurden schließlich die konkreten Herstellerangebote geprüft, die der Molkereibetrieb eingeholt hatte. Geprüft wurde die technische Plausibilität anhand von Simulationen: Werden die angebotenen Anlagen – insbesondere die Komponenten Gasturbine, Abhitzekessel und Zusatzfeuerung – bezüglich ihrer Dimensionierung und ihres Lastverhaltens den Bedürfnissen der Molkerei gerecht? Bei allen drei Vorschlägen konnten die Experten grünes Licht geben: Sämtliche Bauteile sind so dimensioniert, dass sie den dynamischen Bedarf der Molkerei zu jedem Zeitpunkt des Jahres abdecken können. An der technischen Eignung gab es bei keinem der drei Angebote grundsätzliche Zweifel.

Das Ergebnis der Analyse

Die Berechnungen sind für die Betreiber der Großmolkerei eine solide Basis für ihre Entscheidung, die sie mit Zahlen für verschiedene Szenarien untermauern können. Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit Abhitzekessel und Zusatzfeuerung trotz höherer Investitionskosten die wirtschaftlich sinnvollere Lösung ist. Bei Einsatz einer nur unwesentlich höheren Menge Brennstoff lässt sich wesentlich mehr elektrischer Strom selbst produzieren. Dies macht die Molkerei in Zukunft unabhängiger von teurer werdendem externem Strom.

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