Kraft-Wärme-Kopplung - auf amerikanische Art

Kraft-Wärme-Kopplung in den USA - jetzt und in der Zukunft
KWK - jetzt und in der Zukunft
Katrina Pielli, stellvertretende Leiterin für den Einsatz von KWK, Advanced Manufacturing Office, amerikanisches.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine effiziente Methode zur Erzeugung von elektrischem Strom und nutzbarer Wärmeenergie aus nur einem einzigen Brennstoff. KWK ist bereits an vielen Standorten in den USA installiert, während sich weitere in Vorbereitung befinden. Einer dieser Standorte ist das Viertel Capitol Hill in Washington D.C., wo eine KWK-Anlage das US-Kapitol, den Supreme Court sowie Bürogebäude des Senats und des Repräsentantenhauses versorgen wird. 

Das US-amerikanische Energieministerium arbeitet mit der Industrie zusammen, um das Ziel von Präsident Obama zu erfüllen, bis 2020 in den USA zusätzliche 40 Gigawatt (GW) aus der KWK zu erreichen und so eine sauberere Umwelt und größere Unabhängigkeit im Energiebereich zu schaffen.

Katrina Pielli, die stellvertretende Leiterin für den Einsatz von KWK vom Advanced Manufacturing Office des amerikanischen Energieministeriums, bringt uns auf den neuesten Stand, was die Rolle von KWK in den USA heute und in der Zukunft angeht.

 

 

FOTO: Katrina Pielli, stellvertretende Leiterin für den Einsatz von KWK, Advanced Manufacturing Office, amerikanisches.

Gibt es bestimmte Faktoren, die KWK für die USA interessant machen?

Katrina Pielli (Energieministerium): KWK ist schon jetzt eine wichtige Ressource für die USA; aktuell beträgt die KWK-Leistung 82 GW, was über 12 % der gesamten jährlich erzeugten MWh entspricht. KWK ist für bestimmte Marktbereiche gut geeignet, einschließlich Krankenhäuser, Schulen und Universitäten, sowie für viele Anwendungen der Industrie einschließlich der Chemie-, Papier- und Raffineriesektoren. Sie kann außerdem zur Netzbelastbarkeit beitragen und dabei helfen, kritische Infrastruktur (Krankenhäuser, Notunterkünfte und ähnliche Einrichtungen) während extremer Wetterverhältnisse, wie beim Supersturm Sandy, am Laufen zu halten.

Gibt es noch Herausforderungen für die breitere Anwendung von KWK in den USA?

Katrina Pielli (Energieministerium): Ja, es gibt sowohl marktbezogene als auch nicht marktbezogene Barrieren, die sich auf die Wirtschaftlichkeit von KWK-Projekten auswirken könnten, einschließlich Faktoren wie z. B. die unsicheren zukünftigen Treibstoffkosten, Vorschriften von Versorgungsunternehmen zum Leitungsnetz und Standby-Tarifen, das Bewusstsein der Endverbraucher und wirtschaftliche Entscheidungsprozesse.

Dennoch weisen die Marktaktivitäten der letzten Zeit darauf hin, dass die gestiegene KWK-Entwicklung von der kostengünstigen inländischen Erdgasversorgung, der wachsenden staatlichen und lokalen Unterstützung und den sich wandelnden Marktbedingungen im Strom- und Industriesektor vorangetrieben wird.


Die Kraft-Wärme-Kopplung kann außerdem zur Netzbelastbarkeit beitragen und dabei helfen, kritische Infrastruktur während extremer Wetterverhältnisse, wie beim Supersturm Sandy, am Laufen zu halten.

Katrina Pielli, stellvertretende Leiterin für den Einsatz von KWK, Advanced Manufacturing Office, amerikanisches Energieministerium

Wie ist der aktuelle Stand von KWK im Gewerbebausektor und welche Entwicklungen erwarten Sie?

Katrina Pielli (Energieministerium): Zwischen 2006 und 2011 kamen über 350 Megawatt (MW) aus neu installierten KWK-Anlagen im Universitäts- und Campussektor dazu und fast 150 weitere MW aus neuen KWK-Anlagen im Krankenhaussektor. In den nächsten fünf Jahren erwarten wir einen steigenden Einsatz von KWK im Gewerbesektor. Basierend auf unseren Schätzungen gibt es ein technisches Potenzial an KWK von 65 Gigawatt (GW) im Gewerbesektor.

 

Texas Medical Center

Schon weit verbreitet
Wie Katrina Pielli zuvor geschildert hat, ist KWK im amerikanischen Baugewerbesektor bereits weit verbreitet. Ein paar Beispiele aus den USA beinhalten:

• Texas Medical Center, Houston: Das größte medizinische Zentrum auf der Welt, wo 14 Krankenhäuser, 21 akademische Institutionen, drei medizinische Hochschulen und sechs Krankenpflegeschulen untergebracht sind. Insgesamt werden auf dem Gelände 48 MW aus KWK geliefert, bei einem Wirkungsgrad von 80 %. Die KWK-Anlage wird den Kohlenstoffausstoß des Zentrums um 75,000 Tonnen im Jahr reduzieren und die Kohlenstoffdioxid-Emissionen um mehr als 305,000 Tonnen im Jahr, verglichen mit einer herkömmlichen Anlage.

FOTO: Texas Medical Center

• Cornell University, New York: Eine 30-MW-KWK-Anlage versorgt mehr als 250 Gebäude auf dem Campus. Die Anlage erreicht eine Betriebsleistung von 77 % und liefert 85 % der benötigten Elektrizität. Der Kohlenstoffausstoß wurde um 50,000 Tonnen im Jahr gesenkt.

• Laclede Gas Building, Saint Louis: 4.3 MW Leistung, vollkommen unabhängig vom Energieverteilungsnetz, Lieferung von Heizwärme, heißem Wasser, Strom und Kühlung für ein 45.000 Quadratmeter großes Bürogebäude mit 31 Stockwerken.

• The Rio Hotel, Las Vegas: 4.9-MW-KWK-Anlage, die 50 % des jährlichen Elektrizitätsbedarfs und Warmwasser für die Raumheizung liefert. Dadurch ergeben sich Energieeinsparungen von 1,500,000 US-Dollar im Jahr und eine Amortisationszeit von 5 Jahren.


In den nächsten fünf Jahren erwarten wir einen steigenden Einsatz von KWK im Gewerbesektor. Basierend auf unseren Schätzungen gibt es ein technisches Potenzial an KWK von 65 Gigawatt (GW) im Gewerbesektor.

Katrina Pielli, stellvertretende Leiterin für den Einsatz von KWK, Advanced Manufacturing Office, amerikanisches Energieministerium

Sektoren
KWK-Anlagen können grob in drei Sektoren unterteilt werden: den Elektrizitätssektor, wo sie Strom für den öffentlichen Verkauf erzeugen; den Industriesektor, wo die KWK-Anlage in der Regel Strom und Dampf für eine Fabrik liefern soll; und den Gewerbesektor, wo die KWK-Anlage meistens genutzt wird, um auf einem Hochschulcampus oder in einem Gebäude Strom und Heizwärme und/oder Lüftung zu liefern.

KWK wird in vielen Bereichen genutzt bzw. kann dort genutzt werden, einschließlich:
• Industrie- und Fertigungsumgebungen
• Militärstützpunkte
• Gefängnisse
• Pflegeheime
• Abwasserbehandlungsanlagen
• Mehrfamilienhäuser und Wohnungsgemeinschaften.

Für weitere Informationen zur Technologie von KWK und ihrer Zukunft in den USA klicken Sie auf den Reiter „Technologien der Zukunft - schon jetzt“ über diesem Artikel.

Technologien der Zukunft - schon jetzt!

Es ist eine Reihe von Technologien verfügbar, um KWK-Anlagen anzutreiben. Welche am besten geeignet ist, ist oft eine Frage der Größe. Nach Katrina Pielli, der stellvertretenden Leiterin für den Einsatz von KWK vom Advanced Manufacturing Office des amerikanischen Energieministeriums, können verschiedene KWK-Technologien verwendet werden.

Bei Anwendungen unter 10 MW sind Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die kolbengetriebene Stromerzeugungssysteme nutzen, weit verbreitet. Größere Anlagen nutzen oft Industriekessel, Dampfturbinen und Gasturbinen.

Welche Technologien eignen sich am besten für den Gewerbesektor?

Katrina Pielli (Energieministerium): Sowohl im Gewerbe- als auch im Industriesektor wird eine Reihe von KWK-Technologien verwendet, die am besten zu den Anforderungen des jeweiligen Standorts und seiner Energienutzung passen. Im Gewerbesektor werden oft Kolbenmotoren genutzt. KWK-Anlagen neigen zu einer besseren Wirtschaftlichkeit bei mittelgroßen und großen Gebäuden, bei denen die durchschnittliche Systemleistung bei etwa 10 MW liegt. Für geringere Anforderungen, sagen wir 30 bis 250 kW, können vielleicht Mikroturbinen besser geeignet sein.

Andere Technologien
Andere Arten der KWK-Technologie beinhalten:

• Moderne Industriegasturbinen: Für Anwendungen bis zu 20 MW, in denen atmosphärische Luft komprimiert, erhitzt und dann ausgedehnt wird, bei denen die überschüssige Leistung von der Turbine erzeugt wird und vom Kompressor, der für die Stromerzeugung genutzt wird, verbraucht wird.

• Moderne Kolbenmotorsysteme: kolbengetriebene Stromerzeugungssysteme zwischen 0.5 und 5 MW

Brennstoffzellen: Bieten eine emissionsfreie Lösung, indem sie über ein elektrochemisches Verfahren Gleichstrom erzeugen, ganz ähnlich wie bei einer Standardbatterie, jedoch über eine Brennstoffzuführung, die die Brennstoffzelle ständig wieder auffüllt.

Künftige Ziele
Katrina Pielli zufolge haben sich die USA das Ziel gesteckt, ihre KWK-Leistung bis 2020 um 50 % zu erhöhen. Ein Exekutiverlass aus dem Jahr 2012 fordert zusätzliche 40 GW aus neuen KWK-Anlagen bis 2020, zusätzlich zu den 82 GW der bereits installierten KWK-Leistung.

Könnte KWK Ihrer Meinung nach als Teil eines allgemeinen Trends hin zu einer besseren Nachhaltigkeit in Nordamerika angesehen werden?

Katrina Pielli (Energieministerium): KWK wird als ein Maß für Energieeffizienz angesehen. KWK-Anwendungen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von 65 bis 75 %, was gegenüber dem nationalen Durchschnitt von 45 % eine große Verbesserung für diese Leistungen ausmacht, wenn sie separat geliefert werden. Die politischen Entscheidungsträger des Staates, Industrieunternehmen und Nichtregierungsorganisationen sehen KWK als eine effiziente und saubere Energielösung an, verglichen mit getrennter Wärme- und Stromerzeugung. Diese größere Effizienz führt zu einer Reihe von Vorteilen, wie z. B. geringeren Energiekosten und weniger Treibhausgasemissionen.

Zehn Milliarden US- Dollar sparen
Schätzungen des US-amerikanischen Energieministeriums zeigen, dass das Land mit dem Erreichen des Ziels etwa 1 Billiarde Btu an Brennstoff sparen könnte. Das entspricht fast 1 % des gesamten Energieverbrauchs in den USA. In finanzieller Hinsicht könnten Energieverbraucher so zehn Milliarden US- Dollar im Jahr sparen. Auch die CO2-Emissionen würden um 150 Millionen Tonnen im Jahr gesenkt werden, was den Emissionen von über 25 Millionen Autos entspricht.

Für weitere Informationen zu den Zielen siehe den Bericht von 2012.





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