Auswahl einer Gasturbine für Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte

Die Auswahl der richtigen Gasturbine ist eine entscheidende Entscheidung für jedes Kraft-Wärme-Kopplungsprojekt (KWK). Die beste Wahl bringt Stromerzeugung und nutzbaren Wärmebedarf in Einklang.

Über die elektrische Leistung hinaus müssen Projektverantwortliche Wärmebedarf, Brennstoffflexibilität, Wirkungsgrad, Betriebsbedingungen und Lebenszykluskosten bewerten, um eine Lösung zu finden, die sowohl technische als auch wirtschaftliche Ziele unterstützt.

Ein strukturierter Auswahlprozess kann Projektrisiken verringern, die Energienutzung verbessern und eine solidere Grundlage für einen zuverlässigen langfristigen Betrieb schaffen.

Mit dem Strom- und Wärmebedarf am Standort beginnen

Beginnen Sie mit stündlichen Daten zum Strom- und Wärmebedarf, idealerweise für mindestens ein ganzes Jahr. Monatsdurchschnittswerte können saisonale Spitzen, Stillstände und Zeiten mit geringem Wärmeverbrauch verschleiern.

Ermitteln Sie das benötigte Wärmeträgermedium sowie Temperatur, Druck und Qualität. Eine Anlage, die Prozessdampf mit hohem Druck benötigt, stellt andere Anforderungen als eine Einrichtung, die Warmwasser für die Raumheizung nutzt.

Vergleichen Sie den zeitlichen Verlauf beider Bedarfe. Eine Gasturbine kann attraktive Strommengen erzeugen, doch überschüssige Wärme ist nur von begrenztem Nutzen, wenn der Standort sie weder verwenden noch wirtschaftlich einspeisen kann.

Legen Sie für jedes Betriebsszenario Mindest-, typische und Spitzenlasten fest. Berücksichtigen Sie erwartete Produktionsänderungen, Wartungszeiten und zukünftige Erweiterungen, damit die ausgewählte Ausrüstung auch nach der Inbetriebnahme langfristig nutzbar bleibt.

Die Gasturbine anhand nutzbarer Wärme und Betriebsstunden dimensionieren

Bei vielen industriellen KWK-Projekten bildet der Wärmebedarf den Ausgangspunkt für die Dimensionierung, da zurückgewonnene Wärme ohne zusätzliche Infrastruktur nur schwer gespeichert oder abgegeben werden kann.

Vergleichen Sie Abgasstrom und -temperatur der Turbine mit den Anforderungen des Wärmerückgewinnungssystems. Der Abhitzekessel (HRSG) muss die erforderlichen Dampfparameter auch bei realistischen Betriebslasten bereitstellen.

Prüfen Sie anschließend die elektrische Leistung im Verhältnis zum Standortbedarf, zu den Netzbezugsbedingungen und zu möglichen Einspeisebeschränkungen. Auch bei einer wärmegeführten Lösung kann während elektrischer Spitzenlastzeiten Netzstrom erforderlich sein.

Eine stromgeführte Auslegung kann sinnvoll sein, wenn Strom besonders wertvoll ist oder eine Einspeisung zulässig ist. Beziffern Sie jedoch Zeiten, in denen Wärme ungenutzt bleibt, und deren Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Projekts.

Bewerten Sie mehrere Anlagengrößen und Konfigurationen anhand desselben stündlichen Bedarfsprofils. Eine kleinere Anlage, die gleichmäßig betrieben wird, kann einer größeren Anlage überlegen sein, die häufig im Teillastbetrieb läuft.

Mehrere Anlagen können die betriebliche Flexibilität und Ausfallsicherheit verbessern, erfordern jedoch zusätzliche Ausrüstung, Steuerungen, Wartungsschnittstellen und Investitionskosten. Vergleichen Sie diese Zielkonflikte mit den tatsächlichen Zuverlässigkeitsanforderungen des Standorts.

Wirkungsgrad unter realen Betriebsbedingungen vergleichen

Wählen Sie eine Turbine nicht allein anhand des angegebenen elektrischen Wirkungsgrads oder Gesamtwirkungsgrads aus. Prüfen Sie die Brennstoffbezugsbasis, Referenzbedingungen, den Lastpunkt und die Definition der Nutzwärme.

Der Gesamtwirkungsgrad setzt in der Regel die Netto-Stromerzeugung und die nutzbare zurückgewonnene Wärme zum Brennstoffeinsatz ins Verhältnis. Erzeugte, aber nicht nutzbare Wärme sollte nicht als Projektvorteil angerechnet werden.

Verwenden Sie für alle Angebote einheitliche Annahmen zum unteren oder oberen Heizwert. Werden diese Bezugsgrundlagen vermischt, können die Wirkungsgradangaben konkurrierender Angebote unterschiedlich erscheinen, obwohl sie es nicht sind.

Fordern Sie Leistungsdaten für Volllast und Teillast einschließlich der Abgasdaten an. Modellieren Sie erwartete Starts, Abschaltungen, Bereitschaftszeiten und die Leistungsverschlechterung im Zeitverlauf, statt einen kontinuierlichen Betrieb am Auslegungspunkt anzunehmen.

Berücksichtigen Sie Standortbedingungen wie Umgebungstemperatur, Höhenlage, Luftfeuchtigkeit, Druckverluste am Einlass und Abgasgegendruck. Hohe Temperaturen und große Höhen können die verfügbare Leistung verringern und die Projektrendite beeinflussen.

Bitten Sie die Lieferanten, die Bruttoleistung der Turbine von der Nettoleistung der Anlage nach Abzug des Eigenverbrauchs zu unterscheiden. Vergleichen Sie garantierte Werte bei festgelegten Standortbedingungen und nicht nur die nominalen Katalogwerte.

Brennstoffversorgung, Emissionen und Wärmerückgewinnung gemeinsam prüfen

Klären Sie frühzeitig Brennstoffzusammensetzung, Druck, Temperatur, Verfügbarkeit und vertragliche Beschränkungen. Schwankungen der Gasqualität können die Verbrennung, Leistung und Emissionen sowie den Bedarf an Brennstoffaufbereitung oder Verdichtung beeinflussen.

Wenn Versorgungsunterbrechungen ein erhebliches Risiko darstellen, prüfen Sie die Möglichkeit des Zweibrennstoffbetriebs oder eine alternative Betriebsweise. Berücksichtigen Sie Umschaltanforderungen, Lagerung, Genehmigungen und die Kosten für die Vorhaltung von Ersatzbrennstoff.

Wenn eine Wasserstoffbeimischung in Betracht gezogen wird, holen Sie vom Lieferanten eine konkrete Bestätigung für die vorgesehene Brennstoffzusammensetzung und den Betriebsbereich ein. Eine zukünftige Eignung sollte nicht als garantierte Eigenschaft behandelt werden.

Klären Sie die geltenden Emissionsgrenzwerte und Genehmigungsanforderungen, bevor Sie die Konfiguration festlegen. Verbrennungstechnik, Abgasnachbehandlung und Überwachungseinrichtungen können Kosten, Anlagenlayout und betriebliche Flexibilität beeinflussen.

Eine Zusatzfeuerung kann die Dampferzeugung erhöhen, wenn der Bedarf die aus dem Turbinenabgas verfügbare Wärme übersteigt. Berücksichtigen Sie ihren Brennstoffverbrauch und ihre Emissionen bei einem Vergleich der Gesamtleistung des Projekts gesondert.

Prüfen Sie außerdem HRSG-Bypasslösungen, Anforderungen beim Anfahren, Wasseraufbereitung, Kondensatrückführung und die Einbindung in das Dampfsystem. Diese Schnittstellen bestimmen, ob die zurückgewonnene Wärme zuverlässig und sicher bereitgestellt werden kann.

Lebenszykluskosten vergleichen

Bewerten Sie jede in die engere Auswahl aufgenommene Option anhand desselben Projektzeitraums, Betriebsprofils, derselben Brennstoffpreisannahmen, Stromtarife und Finanzparameter. Dokumentieren Sie die Annahmen, damit Entscheidungsträger sie hinterfragen können.

Berücksichtigen Sie neben den Kosten für Turbine und Generator auch HRSG, Installation, Tiefbauarbeiten, Netzanschluss, Brennstoffsysteme, Emissionsminderung, Engineering, Inbetriebnahme und Kosten des Auftraggebers.

Die Betriebskosten sollten Brennstoff, Wasser, Verbrauchsmaterialien, routinemäßige Wartung, geplante Überholungen, Ersatzteile und Personal umfassen. Modellieren Sie den Zeitpunkt umfangreicher Wartungsarbeiten, statt lediglich einen Jahresdurchschnitt anzusetzen.

Berechnen Sie den Wert von Strom und Nutzwärme anhand der tatsächlichen Alternativen am Standort. Berücksichtigen Sie Leistungspreise, Bereitschaftstarife, Einspeisebeschränkungen und gegebenenfalls die Kosten für Reservekessel.

Prüfen Sie die Sensitivität gegenüber Brennstoff- und Strompreisen, Betriebsstunden und Wärmenutzung. Ein Projekt, das nur unter optimistischen Annahmen funktioniert, sollte weiter geprüft werden, bevor die Ausrüstung bestellt wird.

Verwenden Sie Kennzahlen wie Kapitalwert und Amortisationszeit zusammen mit Verfügbarkeit und Betriebsrisiko. Der niedrigste Kaufpreis bedeutet nicht zwangsläufig die kostengünstigste Lösung über die gesamte Projektlaufzeit.

Zuverlässigkeit, Lieferungsrisiken und Unterstützung durch den Lieferanten bewerten

Bestimmen Sie die Folgen eines ungeplanten Ausfalls für Produktion und Wärmeversorgung. Klären Sie, ob Netzstrom, Reservekessel, Ersatzaggregate oder vertraglich zugesicherte Serviceeinsätze Unterbrechungen abdecken können.

Prüfen Sie Wartungsintervalle, Umfang der Überholungen, Lieferzeiten für Ersatzteile und die Verfügbarkeit lokaler Serviceleistungen. Fordern Sie Nachweise über relevante Betriebserfahrung mit vergleichbaren Brennstoffen, Betriebszyklen und Anwendungen an.

Bestätigen Sie den Lieferzeitplan für die Hauptausrüstung und ermitteln Sie Abhängigkeiten wie Genehmigungen, Versorgungsanschlüsse und Komponenten mit langen Lieferzeiten. Planen Sie realistische Zeiträume für Installation, Tests und Inbetriebnahme ein.

Legen Sie bei Projekten mit mehreren Auftragnehmern die Verantwortung für die Leistung an den Schnittstellen der Ausrüstung eindeutig fest. Stimmen Sie insbesondere die Garantien für das Turbinenabgas mit den Auslegungsannahmen des HRSG und den Abnahmetests der Anlage ab.

DieEPC-Dienstleistungen von SINO-QNP umfassen Kraftwerksprojekte bis 400 MW. Die verfügbaren Leistungsumfänge reichen von Machbarkeitsstudien und Planung über Bau und Inbetriebnahme bis hin zur Schulung des Betriebspersonals.

Klären Sie bei einem konkreten KWK-Projekt den vorgeschlagenen Vertragsumfang, die Ausschlüsse, Garantien und Servicevereinbarungen. Ein integrierter Lieferansatz kann Koordinationslücken verringern, wenn die Verantwortlichkeiten klar dokumentiert sind.

Eine einheitliche Auswahl-Checkliste verwenden

Übermitteln Sie den Lieferanten vor Anforderung ihrer endgültigen Angebote dieselben Lastprofile, Standortbedingungen, Brennstoffspezifikationen, Emissionsanforderungen, Netzbeschränkungen und die erwartete Betriebsweise.

Verlangen Sie, dass die Angebote Nettoleistung, Nutzwärmebereitstellung, Brennstoffverbrauch, Teillastverhalten, Wartungsannahmen, Liefertermine und Garantiebedingungen für festgelegte Standortbedingungen ausweisen.

Vergleichen Sie zunächst die technische Konformität und bewerten Sie anschließend die Lebenszykluskosten und Lieferungsrisiken. Dokumentieren Sie Abweichungen und klären Sie, ob die vorgeschlagenen Leistungsgarantien für einzelne Ausrüstungsteile oder für die Gesamtanlage gelten.

Die richtige Gasturbine erfüllt den Strom- und Nutzwärmebedarf des Standorts zuverlässig und zu akzeptablen Lebenszykluskosten. Prüfen Sie diese Eignung anhand realistischer Betriebsszenarien, bevor Sie sich festlegen.