Beschreibung und Funktionsweise der Capstone MicroGas-Turbine

Die Capstone MicroGas-Turbine ist ein innovative Technik mit sehr geringen Emissionen, die keine Schmieröle oder Kühlmittel benötigt und geringe Instandhaltungskosten aufweist. Es handelt sich um eine modulierbare (erweiterbare) Stromerzeugungsanlage, die mit Brennstoffen wie Erdgas, Flüssiggas, Heizöl, aber auch mit regenerativen Gasen, wie Bio-, Klär- und Deponiegas, betrieben werden kann.

Beispiel anhand von Klärgas (Mathangas/CH4):

Das Klärgas wir in eine Gasaufbereitung geführt, von Kondensat befreit, gereinigt und mit dem in der Aufbereitungsanlage integrierten Gaskompressor auf den nötigen Vordruck (4 bar) für die MicroGas-Turbine verdichtet. Die für die Kondensatabscheidung erforderliche Abkühlung des Gases erfolgt durch einen extern aufgestellten Wasser-Kühler und einen Wärmetauscher. Das verdichtete Klärgas wird der Turbine zugeführt und in der Brennkammer verbrannt. Die heißen Abgase treiben ein Turbinenrad an, auf dessen Welle ein Generator sitzt, der Strom erzeugt. Das Abgas aus der Turbine wird durch einen nachgeschalteten Abgaswärmetauscher geführt, mit dem Heizungswasser erhitzt wird. Alle eingesetzten Komponenten sind über einen zentralen Anlagensteuerschrank verbunden. Die Steuerung erfolgt über eine SPS (Speicherprogrammierbare-Steuerung), mit der die MicroGas-Turbinenanlage vollautomatisch oder auch per Hand betrieben werden kann.

Strom aus Abwasser:

Kurzbeschreibung und Kostenanalyse unserer MicroGas-Turbine

Auf der Zentralkläranlage des Abwasserverbandes „Obere Dietzhölze“ in Eibelshausen werden jährlich ca. 127.000 m³ Klärgas/Methangas durch Abbau organischer Substanz im Faulturm erzeugt. Davon wurden 80.000 m³ Gas zum Beheizen des Faulturmes und Betriebsgebäudes genutzt, der Rest von 47.000 m³ war bisher Überschuss und wurde über die so genannte Gasfackel abgefackelt. Da ein m³ Methangas in etwa 6,2 kW/h entspricht, ist die gesamte Energiemenge ca. 787.400kw/h, welche für die MicroGas-Turbine zur Verfügung steht. Hiervon wurden in der Vergangenheit 291.000 kW/h abgefackelt. Bei den aktuellen Strompreisen sollte diese Energie in Zukunft sinnvoll genutzt werden.

Es ist in der Vergangenheit kein energetischer Nutzen aus dem vorhandenen Klärgas gezogen worden, außer dem beheizen des Faulturmes. Zudem wurden jährlich bisher ca. 431.771 kW/h von dem Stromlieferant „zugekauft“, was einem Geldwert von 86.241,81 € (ohne Heizkosten) entspricht.

Daten MicroGas-Turbine:

• Leistung elektrisch: 30,0 kW (Volllast)
• Leistung thermisch: 65,0 kW (Volllast)
• Brennstoffleistung: 115,0 kW (Gasverbrauch Hu (unterer Heizwert) für Wirtschaftlichkeit*)
• Teillaststunden/Volllaststunden (je nach Brennstoffmenge die zur Verfügung steht) : 8,500 h/a

*= 10 kWh Erdgas = 1 m³ Erdgas

Erzeugung thermische Leistung:

• 8.500 h/a x 47 kW = 399.500 kWh/a (Turbine läuft im Schnitt mit 17,0 kW elektrisch täglich)
• Wärmebedarf Faulturm und Gebäude: 788.400 kWh/a
• 788.400 kWh/a – 399.500 kWh/a = 388.900 kWh/a müssen über Heizkessel zu gefeuert werden
• zukünftiges Ziel: Erdgasanschluss um 8.500 h/a Volllast der Turbine zu erreichen!
• Bedeutet: 8.500 h/a x 65 kW = 552.500 kWh/a Wärmeerzeugung über MicroGas-Turbine

Erzeugung elektrische Leistung: Leistung Turbine: 8.500 h x 17 kW = 144.500 kWh/a Strom erzeugt die Turbine, der nicht zu gekauft werden muss.

Bei einem Strombedarf von 431.771 kWh pro Jahr, abzüglich der selbst erzeugten 144.500 kWh/a, müssten noch 287.271 kWh/a vom Stromlieferanten zu gekauft werden. 287.271 kWh pro Jahr, multipliziert mit einem ermittelten mittleren Strompreis von 20,1 ct/kWh muss der Abwasserverband für 60.326,91 € Strom einkaufen. Hierzu kommt noch die Wartung für die MGT mit 6.696,00 € das entspricht 67.022,91 €.

Durch das effektive Nutzen des Klärgases ergibt sich ein Geldwertvorteil von:
Kosten mit herkömmlicher Heizung und zugekauftem Strom : 96.008,15 € (mit Heizkosten)
Kosten mit MicroGas-Turbine und eigener Stromerzeugung : 67.022,91 €
96.008,15 € – 67.022,91 € = 28.985,24 € Dieser kann zur Amortisation der Turbine genutzt werden. Bei einem kalkulierten Preis von 381.300,00 € inklusive Planung, Montage und Inbetriebnahme für die Micro-Gasturbine und einer beim „Hessischen Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz“ beantragten Förderung als Pilotvorhaben über 47 % der Gesamtsumme (entspricht 179.221,00 €) ergibt sich rechnerisch (381.300,00 – 179.221,00 € : 28.985,24 €/a ) eine Amortisation von 6,97 Jahren.

Bei der „BAFA“ wurden ab 07.2012 Fördermittel über 10 Jahre für regenerative Energien beantragt und auch genehmigt. Es werden bei diesem Modell 5,41 ct/kWh ausgeschüttet.

Folgende Rechnung stellt sich dar:

Selbst erzeugte Energie in Form von Strom multipliziert mit der Förderung, ergibt dann einen zusätzlichen Geldwert von 7.817,45 €/a der zur Amortisation der Anlage genutzt werden kann. 144.500 kw/h x 5,41 ct/kwh = 7.817,45 €/a
7.817,45 €/a + 28.985,24 €/a = 36.802,69 €/a
202.079,00 € : 36.802,69 €/a = 5,49 Jahre
Die Amortisationszeit verringert sich durch die Fördermittel nochmal um ca. 1,5 Jahre, von 6,97 Jahre auf 5,49 Jahre.