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Capstone MicroTurbine
Dipl.-Ing. Marcus Mehlkopf
E-quad Power Systems GmbH
E-quad Power Systems GmbHCapstone MicroTurbine
52134 Herzogenrath
www.microturbine.de
Leipzig, 28. Januar 2009
Enertec
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• Gründung im April 2004 als Spin-Off der Fachhochschule Aachen
• Deutschlandweiter Distributor und autorisierter Service-Provider für Capstone MicroTurbinen zur Kraft-Wärmekopplung im Erdgas und Heizölbereich
• Leistungen von EPS– Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur KWK Technik
EEEE----quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)
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– Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur KWK Technik– Anlagenprojektierung und Planung– Kundenspezifische Auslegung der Peripherie
• Schalt-/ Steuerschränke inkl. MSR• Wärmetauscher• Gasregelstrecken und – Verdichter
– Wartung und Service inkl. Vollwartungsverträge
Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)
• Als Mikrogasturbinen werden im allgemeinen kleine schnell-laufende Gasturbinen bis zu einer elektr. Leistung von ca. 250 kW bezeichnet. Es sind Einwellen-Turbinen mit ein-stufigem Radialverdichter sowie radialer Arbeitsturbine. Der Permanent-magnet des Generators ist ebenfalls fest auf dieser Welle auf-gebracht.
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• Die Grundentwicklung der Mikrogasturbine fand in den 90er Jahren durch Förderung mit Militärgeldern in den USA statt. Ursprüngliches Ziel war es, einen leicht portablen, effizienten und zuverlässigen Stromerzeuger zu entwickeln.
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Produktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinen
• C30 Erdgas / LPG
• C30 Diesel / Kerosine
• C30 Biogas
• C65 Erdgas / LPG
• C65 Diesel /Kerosin Kerosin
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• C65 Biogas
• C200 Erdgas
Neue Produkte in 2009
C600 – C1000 30ft Containeranlagen
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Mikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kW
• Model C30: 30 kW elektr. bei ISO
• Benötigter Erdgasvordruck 3,8 bar
• 27 kW Nettoleistung bei internem Gasverdichter
• Rekuperiert
• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine auf einer Welle mit Generator
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auf einer Welle mit Generator
• Bestückt mit low-NOx-Brennerdüsen
• 68 kW thermische Leistung mit Abgas-wärmetauscher
• Einheiten der 4. Generation
• Netzparallel und Inselbetrieb möglich
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Mikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kW
• Model C65: 65 kW elektr. bei ISO
• Benötigter Erdgasvordruck 4,5 bar
• 61/54 kW Nennleistung mit externem Gasverdichter
• Rekuperiert
• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine
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• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine auf einer Welle mit Generator
• Bestückt mit low-NOx-Brennerdüsen
• 126 kW thermische Leistung mit Abgas-wärmetauscher
• In Deutschland gedrosselt auf 50kW
• Netzparallel und Inselbetrieb möglich
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Mikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kW
• Model C200: 200kW elektr. bei ISO • Benötigter Erdgasvordruck 5,2 bar• 192 kW Nennleistung mit externem
Gasverdichter• Rekuperiert• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine
auf einer Welle mit Generator
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• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine auf einer Welle mit Generator
• Bestückt mit low-NOx-Brennerdüsen
• 290 kW thermische Leistung mit Abgas-wärmetauscher
• Netzparallel und Inselbetrieb möglich
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Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6----1MW1MW1MW1MW
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Capstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWel
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• Einzigartige Luftlagertechnologie
• Elektronisches Getriebe
� keine Synchronisationseinrichtungen nötig
• Inselbetriebsfähigkeit
• Geringe Abgasemissionen (NOx < 30 mg/m3)
• Geringe Wartungskosten
Besonderheiten der MGTBesonderheiten der MGTBesonderheiten der MGTBesonderheiten der MGT----TechnologieTechnologieTechnologieTechnologie
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• Geringe Wartungskosten
• Kompakte Bauweise, geringes Gewicht
• Abgastemperaturen um die 300 °C
� für Kraft-Wärme-(Kälte-) Kopplung ideal nutzbar
• Verschiedene Brennstoffe möglich (Erdgas, Flüssiggas, Fackelgas, Klärgas, Kerosin und Heizöl)
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• Direkte Abgasnutzung (z.B. für Trocknungsanlagen)
• Warm- und Heißwassererzeugung über Abgaswärmetauscher(z.B. Wärmenetze; Krankenhäuser; Schwimmbäder)
• Kälte über Absorptionskältemaschinen ( z.B. Industrie; Bürokomplexe)
• Dampferzeugung (z.B. Wäschereien)
Anbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGT
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• Dampferzeugung (z.B. Wäschereien)
• Thermölkreisläufe (z.B. für Hochtemperaturanwendungen)
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Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65
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Aufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und Arbeitsparameter
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Quelle: Capstone Turbine
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Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)
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50
60
70
80
90
100b
zw
. N
utz
un
gsg
rad
[%
]
ISO-Bedingungen (Capstone-Daten)
Wärme (Abgasaustrittstemperatur 60 °C)
Wärme (Abgasaustrittstemperatur 80 °C)
Ökosteuergrenze
Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der C30MikrogasturbinenC30MikrogasturbinenC30MikrogasturbinenC30Mikrogasturbinen
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0
10
20
30
40
1 6 11 16 21 26 31
Wir
ku
ng
s-
bzw
. N
utz
un
gsg
rad
[%
]
elektrische Leistung [kW]
Wärme (Abgasaustrittstemperatur 80 °C)
Wärme (Abgasaustrittstemperatur 100 °C)
elektrisch
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SondergaseSondergaseSondergaseSondergase
• Reststoffentsorgung
• Mülldeponien
• Kläranlagen
• Landwirtschaftliche Betriebe
Erdgas AnlagenErdgas AnlagenErdgas AnlagenErdgas Anlagen
• Energieversorgung
• Mehrfamilienhäuser (> 30 WE)
• Hotelgebäude
• Büro und Verwaltungsgebäude
Einsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der Mikrogasturbine
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• Landwirtschaftliche Betriebe(Biomasse-Nutzung)
• Nahrungsmittelindustrie
• Papier- und Verpackungsindustrie
• Holzgas (Testphase)
• Büro und Verwaltungsgebäude
• Krankenhäuser
• Altenheime
• KMU
• Trocknungsanlagen
18ESWE ESWE ESWE ESWE Stadtwerke WiesbadenStadtwerke WiesbadenStadtwerke WiesbadenStadtwerke Wiesbaden
Anlage: C60 MicroTurbine (120kWth)
Betreiber: ESWE (St.-Werke Wiesbaden)
Inbetriebnahme: Juni 2005
Einsatzort: Heizwerk Staatstheater
Betriebstunden im Jahr: >8500Bh
Laufzeit September 2007 16.000 Bh
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Laufzeit September 2007 16.000 Bh
Störungsausfall incl. Wartung 100h
Ursache Falsche Filter im Verdichter
Nach 4.000h erste Störung.
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HEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke Hof
Anlage: C30 MicroTurbine (68kWth)
Betreiber: HEW (St.-Werke Hof)
Inbetriebnahme: März 2005
Einsatzort: Gasreduzierstation
Betriebsstunden im Jahr: >8.500Bst
Wirkungsgrad 95%; 30°C Vorlauf
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Wirkungsgrad 95%; 30°C Vorlauf
Regelbereich zwischen 5 und 22kW.
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Krankenhaus PrümKrankenhaus PrümKrankenhaus PrümKrankenhaus Prüm
Anlage: C65 MicroTurbine (126kWth)
Betreiber: Caritasverband
Inbetriebnahme: Oktober 2006
Einsatzort: Krankenhaus Prüm
Betriebsstunden im Jahr: >8.000 Bst.
3 Störungen:
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defekte Bauteile auf Garantie
Ausfallzeit gesammt 70h.
Anforderung 85% Volllast.
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Überlandwerke FuldaÜberlandwerke FuldaÜberlandwerke FuldaÜberlandwerke Fulda
Anlage: 2x C65 MicroTurbine (je 126kWth)
Betreiber: SynEnergie GmbH
Inbetriebnahme: Dezember 2007
Einsatzort: Nahwärmenetz Werkgelände
Betriebsstunden im Jahr: >5.000 Bst
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Störungen: bisher keine
Das novellierte KWK-G
Empfänger der Zuschläge
Betreiber von KWK-Anlagen, die KWK-Strom in ein Netz der allgemeinen Versorgung einspeisen oder für die Eigenversorgung bereit stellen.
Anlagen bis 50kW Neuanlagen ab01.01.2009
5,11ct./kWh für 10 Jahre
Anlagen 50kW-2MW Neuanlagen ab 01.01.2009
Leistungsanteil ≤ 50kW: 5,11ct./kWhLeistungsanteil > 50kW: 2,1ct./kWh
6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000Volllast
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6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000Volllast
Anlagen über 5MW Neuanlagen ab 01.01.2009
Leistungsanteil ≤ 50kW: 5,11ct./kWhLeistungsanteil 50kW-2MW: 2,1ct./kWh
Leistungsanteil >2MW: 1,5ct/kWh6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000 Volllast
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Capstone MGT: 84% Wirkungsgrad und >14% Primärenergieeinsparung
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Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Capstone MGTBetriebsstunden C30 7.600 h/a Wartungskosten
Betriebsstunden C50/C65 6.800 MWh/a C30 (€/Bh) 0,54Erdgasdaten C50 (€/Bh) 0,78Leistungspreis 0,900 €/kW C65 (€/Bh) 0,78Arbeitspreis 0,046 €/kWh Standzeit
Mineralölsteuer 5,500 €/MWh Betriebst. 80.000Stromkosten kalk. Zinssatz
Strombezugspreis* 0,140 €/kWh % 5Stromgutschrift <=50kW 0,116 €/kWh Eigenstromverbrauch
Stromgutschrift 65kW 0,114 €/kWh MWh/a 250Wärmegutschrift ** 0,053 €/kWh
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Wärmegutschrift ** 0,053 €/kWh
Modell MGT C30 C50 C65
Anlagenpreis 54.900 85.800 85.800 €
Subvention Mini-BHKW 11.125 12.125 0 €
Einbindung 7.000 9.000 9.000 €
Nutzungsdauer der Anlage 10,5 11,8 11,8 JahreAnnuitätsfaktor 0,12 0,11 0,11Kapitalkosten 6.010 9.133 10.521 €/a
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Wirt-schaft-
lich-keit
Technische Daten
Brennstoffeinsatz Ho 124 210 246 kWHu für Wirkungsgrad 114 191 224 kWelektrische Leistung 27 50 61 kWthermische Leistung 68 112 126 kWelektrischer Wirkungsgrad 23,7 26,2 27,2 %thermischer Wirkungsgrad 59,6 58,6 56,3 %Gesamtwirkungsgrad 83,3 84,8 83,5 %
Energieerzeugung
Strom 205 340 415 MWhdavon eingespeist 0 90 165 MWhWärme 517 762 857 MWh
Brennstoffdaten
Brennstoffbezug Ho 942 1.429 1.676 MWh
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Brennstoffbezug Ho 942 1.429 1.676 MWhBrennstoffkosten Ho 43.462 65.908 77.296 €/aMineralölsteuer (Erstattung) 5.183 7.858 9.215 €/aSumme 38.279 58.051 68.080 €/a
Erlöse
eingesparte Stromkosten 28.728 35.000 35.000 €/aZuschuss Eigenstromverb. 3.932 4.791 4.274Stromgutschrift eingespeißt 0 10.440 18.720 €/aWärmegutschrift 27.339 40.289 45.325 €/aSumme 59.999 90.519 103.318 €/a
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Wirt-schaft-
lich-keit
Fazit
Verbrauch (Brennstoff) 38.279 58.051 68.080 €/aWartungskosten 4.104 5.304 5.304 €/aBetriebskosten 42.383 63.355 73.384 €/a
Erlöse 59.999 90.519 103.318 €/aGewinn statisch 17.616 27.165 29.934 €/ajährl. Investitionskosten 6.010 9.133 10.521 €/aJahresüberschuss 11.606 18.031 19.413 €/aAmortisationszeit statisch 2,74 2,94 3,07 Jahre
Generalüberholung 0 0 0 €Überschuss Laufzeitende 90.367 159.182 168.788 €
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Überschuss Laufzeitende 90.367 159.182 168.788 €E-quad Power Systems GmbH
Diese Kalkulation dient als Beispiel und ist nicht verbindlich!C50 erzeugt 54kW brutto (-4kW Verdichterleistung)C65 erzeugt 61kW netto (-4kW Verdichterleistung)* kalk. Durchsch.-preis von Leistungs-+ Arbeitspreis + KWK + EEG Zuschlag ** Wärmepreis=Gasarbeitspreis + 15%
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Zusammenfassung der Vorteile
• Luftlagerung > keine Schmier- und Kühlmittel
• Kompakte Bauweise, geringes Gewicht, 100% Regelbar
• Brennstoffvariabilität (Erdgas, Biogas, Heizöl)
• Geringer Einfluss bei wechselnden Energiegehalten des Brennstoffs(vorteilhaft für den Einsatz von Biomasse)
• Sehr gutes Teillastverhalten
• Hoher Gesamtwirkungsgrad, bis zu 94% je nach Rücklauftemperatur
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• Hoher Gesamtwirkungsgrad, bis zu 94% je nach Rücklauftemperatur
• Geringe Schadstoffemissionen
• Geringe Wartungskosten durch Ölfreiheit der Turbine (nur Capstone)
• Im Inselbetrieb einsetzbar
• Hohe Abgastemperaturen > ideale nutzbar für Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung und für direkt Abgasnutzung (Trocknung)
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Nachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWK----AnlagenAnlagenAnlagenAnlagen
• Höhere Investitionskosten als neue BHKW-Motoren (10-15%)
� Größere Anlagenstückzahlen würde dies verbessern
• Geringerer elektrischer Wirkungsgrad bei Volllast als moderne Motor-BHKWs
� Gesamtwirkungsgrad ≥ als BHKW Motor; vor allem bei Teillast
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� Gesamtwirkungsgrad ≥ als BHKW Motor; vor allem bei Teillast
• Bestehende Innovations- Hemmnisse beim Kunden
� …..dafür sind wir heute auf der Enertec!
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Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Kaiserstraße 100
52134 Herzogenrath
Email: [email protected]
Internet: www.microturbine.de
Tel.: +49-(0)2407- 9049210
Fax.: +49-(0)2407- 9049219