Abfallverbrennungsanlagen - neue Chancen der Sektorenkopplung Vom Abfall zur Mobilität - ABFALLWIRTSCHAFTSGESELLSCHAFT MBH WUPPERTAL - neue ...
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Willy Görtz A B F A L LW I R T S C H A F T S G E S E L L S C H A F T M B H W U P P E R TA L Abfallverbrennungsanlagen - neue Chancen der Sektorenkopplung Vom Abfall zur Mobilität
Konzernstruktur der WSW-Unternehmensgruppe Stadt Wuppertal 99,39% 0,61% Ennepe-Ruhr-Kreis ENGIE Deutschland AG WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH 33,1% 66,9% 100% 70,4% WSW Energie & Wasser AG WSW mobil GmbH Abfallwirtschaftsgesellschaft mbH WVW Werkstoffverwendung WSW Netz GmbH 100% Wuppertal GmbH 100% WLG Werkstoff-Logistik WSW 3/4/5 Energie GmbH 74,9% Gesellschaft mbH 49,0% ENGIE WSW Windpark Helm- Stadt GmbH & Co. KG 49% ENGIE Kraftwerk Wilhemshaven GmbH & Co. KG 15% BinnenWind GmbH 33,3% BTV Bergischer Trinkwasser- Verbund GmbH 45,7% 2 H2W - AWG 29.04.2021
Zahlen der AWG Über 450 Beschäftigte Über 100 Fahrzeuge und 220.000 Behälter Über 5000 Gewerbekunden MHKW mit einer Verbrennungsleistung von ca. 400.000 Mg/a 1.400.000 Einwohner im Entsorgungsgebiet des MHKW davon 361.000 inkl. Abfuhr Abgabe von knapp 75.000 MWh Strom und über 575.000 MWh Fernwärme in 2020 3 H2W - AWG 29.04.2021
Einzugsgebiet Gebiet des EKOCity Zweckverbandes mit ca. 2,4 Millionen Einwohnern Das Müllheizkraftwerk (MHKW) der AWG auf Korzert in Wuppertal stellt die Entsorgung für ca. 1,4 Millionen Bürgerinnen und Bürger innerhalb von EKOCity sicher. Die im MHKW der AWG in Wuppertal entsorgten Abfälle sind zu etwa 80 Prozent kommunale Abfälle aus der grauen Restmülltonne sowie etwa 20 Prozent hausmüllähnliche Gewerbeabfälle aus der Region. 4 H2W - AWG 29.04.2021
Fernwärmeversorgung Wuppertal Datenquelle: CC-BY-4.0-Stadt Wuppertal – offendaten-wuppertal.de 7 H2W - AWG 29.04.2021
Wärmeversorgung der Zukunft – in der Stadt Quelle: Studie: Die neue Wärmewelt – 100% erneuerbar, Bündnis 90/Die Grünen Bundestagsfraktion 12.2016 8 H2W - AWG 29.04.2021
Politischer/Gesellschaftlicher Bewusstseinswandel • Daraus ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an WSW Energiewende: Klimaschutzziele und Versorgungssicherung Energiewirtschaft Verkehrswirtschaft CO2-Einsparung durch Höhere Umweltauflagen Erneuerbare Energien Blaue Plakette etc. Konventionelle Energieerzeugung steht Neue Technologien unter Druck E-Mobilität etc. Notwendigkeit: Hebung von Perspektivisch: Sektorübergreifende Flexibilitätspotenzialen Klimaschutzerfüllung Durch die Verbindung von Systemen kann ein Zusatznutzen generiert werden. WSW als vollintegriertes Stadtwerk hat Potenzial für neue, integrierte Geschäftsmodelle ein solches Thema ist Power-to-Mobility 10 H2W - AWG 29.04.2021
Wuppertaler Lösungsansatz: H2 Bz-ÖPNV • Reichweite der Fahrzeuge vergleichbar zu Diesel: Gut in aktuellen Umlaufplänen ? integrierbar Warum • Schnelle Betankung (Vergleichbar mit Diesel) Wasserstoff? • Flexible Speichermöglichkeit mit z.T. großen Freiheitsgraden • Alltagstauglichkeit der Fahrzeugtechnik in verschiedenen Studien unter Beweis gestellt • Die Technologie zur Erzeugung ist verfügbar und funktioniert ? Warum nicht Batterietechnik? • Eingeschränkte Speicherkapazität • In der Wuppertaler Topographie nachgewiesene 1,7 – 1,8 kWh/km, somit sind große Akkumulatoren notwendig um Reichweiten zu erzielen • Sich hieraus ergebene hohe Infrastrukturkosten für einen flächendeckenden Einsatz Wasserstofftechnologie ist eine mögliche Lösung von E-Mobilität für den Wuppertaler ÖPNV. WSW kann durch eigene Wasserstoff-Produktion Synergien im Konzern nutzen und einen Vorteil gegenüber Fremdbezug darstellen. 11 H2W - AWG 29.04.2021
Variable H2-Produktionskosten Strompreis- Optimierungsansatz im Komponenten Projekt Vermeidung wenn Umlagen Verbraucher = Erzeuger und (insb. EEG) Erzeugungsanlage vor dem Möglichst Vermeidung 1.8.2014 in Betrieb genommen (Stromverbruach Elektrolyse Vermeidung wenn innerhalb des Kraftwerks- NNE und daran keine Nutzung des öffentlichen gekoppelte Steuern eigenverbrauchs) Versorgungsnetzes Margen / Risiko- Entfällt bei Steuerbarkeit der aufschlag Erzeugung & Übernahme Risiko Einsatzoptimierung am Börsenwert Abhängig von stündlichem Strommarkt des Stroms Marktpreis und Bezugslastprofil 12 H2W - AWG 29.04.2021
Das Wuppertaler H2-W Modell WSW-Konzern Müllheizkraftwerk Brennstoffzellenbusse (AWG) (WSW mobil) Potenzial für weitere Steuerung der Brennstoffzellen- Erzeugungskapazitäten Strom Wasserstoff Fahrzeuge im WSW (WSW Energie & Wasser) Konzern Optimierung am Strommarkt Elektrolyseur Strommarkt Die Umsetzung dieses Konzepts wird derzeit in einem Projekt innerhalb des WSW- Konzerns geplant und durchgeführt. Sowohl für die Fahrzeugflotte als auch für die Infrastruktur stehen europäische Fördermittel zur Verfügung. 13 H2W - AWG 29.04.2021
Schema des MHKW 14 H2W - AWG 29.04.2021
Anlagenschema MHKW Stromerzeugung: Einsatz Kessel in Abh. des Müllaufkommens 2 x 20 MW Kond.-Turbine (Anzapfung für ND Schiene) Standardbetrieb: 3 Kessel 1 x 8,5 MW Gegendruckturbine Bei hohem Müllaufkommen: 4 Kessel Prüfung: Mülleinlagerung für kontinuierlichen 4 Kesselbetrieb im Winter Anlagenschema Energieverwertung MHKW (vereinfacht) Entnahme- 5 Kessel Kond-Turbine a ~45t/h Frisch- dampf Gegendruck- Strom Turbine H2 Infrastruktur Red.-Station Aufbau H2-Erzeugung, Elektrolyseur + Speisewasser-Speicher H2 Speicher Speicherung und + th. Vorwärmer Betankungsmöglichkeit Vorwärmen des MD-Schiene KWK-Dampf (für Speisewasser Nachts Talachse) ND-Schiene (Opportunitätskosten Verstromung) zur Heizwasser (für Südhöhen) Maximierung Dampfoutput in Morgenstunden (Verdrängung Gaserzeugung) 15 H2W - AWG 29.04.2021
Wasserstoffherstellung Energiequelle H2-Produktion Transport Speicherung Betankung Brennstoffzellenfahrzeuge CO2 Dampfreforming Wasserstoff- Brennstoff- LH2 speicher zelle LH2-Trailer H2 Fossile Wasserstoff Energieträger H2 PEM-Elektroanalyse Elektromotor/ Getriebe GH2 H2 Strom aus dem Wasserstoff Müllheizkraftwerk >50% regenerativ 16 H2W - AWG 29.04.2021
MHKW Korzert Trafo, Elektrolyseur, Kompressoren, Lagertanks Dispenser 17 H2W - AWG 29.04.2021
Elektrolyse/Methanisierung 18 H2W - AWG 29.04.2021
Energie: Quelle, Speicherung, Nutzung 19 H2W - AWG 29.04.2021
Wasserstoffoptimierungssystem H2 Verbrauch Einsatzplanung BZ-Busse Monatsprofil Betankung Stundenprofil Betankung • Topologie Betankungsprofil KW 1 50 • Intervall- KgH2/h Länge 0 • Logistik So | Mi | Di | Mi | Do | Fr | Sa H2 Erzeugung Elektrolyseur Speichereinheit Tankeinheit • Kompressor H O2- • Verdichter Elektrode H • Elektrode Hochdruck- PEM H+ H O • Mitteldruck- speicher H+ H speicher • Dispenser Zielfunktion Gesamt- Nebenbedingungen: • Wesentliche wirtschaftlichkeit: • H2-Verbrauch (Summe & Profile) Optimierungsparameter • Kapazität Elektrolyseur Kapazität Elektrolyseur Geringstmögliche H2- • Kapazität Speicher • Kapazität Speicher Gestehungskosten • Kapazität Stromerzeugung MHKW (CPEX + OPEX) • Wirkungsgrade & Stromverbrauch 20 • Strompreise 29.04.2021 H2W - AWG
Bewertung der Anlagenkonfigurationen Marktpreisszenarien Aufbau Modelllandschaft Inputs Einsatzplan. • Marktpreise H2 Erzeugungs-Tool Variable H2 (Strom) (Differenzierung je Erzeugungskosten Outputs (Szenariospezifisch) • Technische Erzeugungsoption) Fixe H2 • Erzeugungskosten H2 Parameter Erzeugungskosten • Gesamtkosten (TCO) • Relative Wirtschaftlichkeit Inputs H2 Prod fix im Vergleich zu Diesel • Invest AWG Finanzmodell • Ergebnisse für die • AfA AWG • Betriebskosten AWG (jährliche Darstellung einzelnen Gesellschaften • Förderung AWG über 20 Jahre) nach abgestimmter Vertragsstruktur Inputs CAPEX / OPEX Busse Referenzwerte Diesel • … • Invest Mobil GmbH • Invest Mobil GmbH • AfA Mobil • AfA Mobil • Förderung mobil • Betriebskosten Mobil • Betriebskosten Mobil • Variable Kosten Kraftstoff 21 H2W - AWG 29.04.2021
Einsatzoptimierung: Elektrolyseur 450 60 400 Entladung (Betankung Busse) 50 350 300 40 Speicherstand H2 /kg Strompreis €/MWh 250 30 200 Grenzpreis (berechnet 150 anhand von Prognosen) im 20 OZR 100 „H2-Produktion“ = 1 MWel Leistung 10 50 OZR (Bedingt durch Speichergröße) 0 0 101 105 109 113 117 121 125 129 133 137 141 145 149 153 157 161 165 169 173 177 181 185 189 193 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 1 5 9 Stunde Strompreis Füllstand Speicher OZR = Optimierungszeitraum 22 H2W - AWG 29.04.2021
Konfigurationsentscheidung Beste Variante = aktuelle Ausbaustufe • Anschlussleistung ca. 1 MWel - bis 400 kg/Tag Wasserstoffproduktion • bis 700 kg Wasserstofflagerung • Versorgung von - min. 10 Brennstoffzellenbussen (Verbrauch: 180-200 kg/Tag) • Integration weitere Fahrzeuge möglich (weitere BZ Busse und / oder Abfallsammelfahrzeuge) Bei Anlagen mit höherer Flexibilität zwar signifikante Einsparung von Stromkosten, aber höhere CAPEX kann nicht kompensiert werden 23 H2W - AWG 29.04.2021
Mobilitätskosten Indikation auf Basis Erfahrungen WSW Energie & Mobilität Mobilitätskosten (in € / 100 km) 132 Parität zu Diesel auf Ebene 98 Mobilitätskosten erreichbar 88 66 33 55 55 66 CAPEX (75,0%) 33 42 42 Umlagen / Steuern 22 (60,0%) Energie 22 22 23 24 (40,0%) (25,0%) Diesel H2 var. Kosten (Strom) H2 Gestehungskosten H2 Gestehungskosten H2 Gestehungskosten H2 Gestehungskosten CO2-Preis = 25 €/t inkl. Förderung H2- exkl. Förderung H2- inkl. Förderung mit EEG exkl. Förderungmit EEG Erzeugung Erzeugung und Stromsteuer und Stromsteuer • Der Vergleich der Mobilitätskosten zwischen Diesel und eigenproduziertem H2 hängt stark von der zugrundgelegten Förderung der Infrastruktur sowie den staatlichen Komponenten im Strompreis ab • Bei den rein variablen Kosten hat die Produktion von Wasserstoffmobilität deutliche Kostenvorteile im Vergleich zu Diesel, allerdings nur ohne stattlichen Strompreiskomponenten • Dies zugrunde gelegt, verbleibt bei den aktuellen Fördermöglichkeiten1 für H2-Erzeugungs- und Betankungsinfrastruktur (ca. 50%) ein Kostendelta ca. 15% auf Ebene der Gestehungskosten 1 EU MEHRLIN, Bund NIP, Land VRR 24 H2W - AWG 29.04.2021
Fahrzeugkosten (Solobusse) Indikation auf Basis Erfahrungen WSW Kosten Solo-Bus (in T€) Busse • Die Kosten eines Brennstoffzellenbusses liegen aktuell +38,1% noch deutlich oberhalb denen eines Dieselbusses 290 (Faktor 3) • Unter Berücksichtigung des sehr positiven Förderumfelds1 kann das Delta deutlich gesenkt Kosten Bus werden, mit Mehrkosten von 80 T€ liegen die BZ- Förderung 1 650 Busse 38 % über denen eines Dieselbusses 210 • Für eine Etablierung der Technologie ist eine deutliche Kostendegression der Busse in den nächsten Jahren notwendig • Neben den für die OEM benötigten Skaleneffekten ist -360 die Etablierung eines wettbewerblichen Umfelds hierbei entscheidend Diesel H2 • In der Ausschreibung von 40 BZ-Bussen, an der die WSW teilgenommen hat, fand sich z.B. nur 1 Anbieter 1 EU JIVE, Bund NIP, Land VRR 25 H2W - AWG 29.04.2021
Genehmigung Neuanlage auf dem Gelände des MHKW Wuppertal Anlage gemäß Nr. 4.1.12 des Anhangs 1 der 4. BImSchV Genehmigungsverfahren mit Öffentlichkeitsbeteiligung Zweistufiges Genehmigungsverfahren • Vorbescheid in Verbindung mit einer 1. Teilgenehmigung für Standort, Immissionen und bauvorbereitende Maßnahmen (mit Öffentlichkeitsbeteiligung: keine Einwendungen, daher kein Erörterungstermin notwendig) • 2. Teilgenehmigung auf Errichtung und Betrieb mit den Kernstücken Erlaubnis nach BetrSichV, Baugenehmigung und Ausgangszustandsbericht 26 H2W - AWG 29.04.2021
H2-Brennstoffzellenfahrzeuge 27 H2W - AWG 29.04.2021
Brennstoffzellenbus (5 von 10) 28 H2W - AWG 29.04.2021
Brennstoffzellen-Abfallsammelfahrzeug 29 H2W - AWG 29.04.2021
Anlagenansicht von Westen 30 H2W - AWG 29.04.2021
Wasserstoffinfrastruktur (Kompressoren) 31 H2W - AWG 29.04.2021
Elektrolyseur AWG-Video „AWG Müll macht mobil - Wasserstoff aus Müll“ https://www.youtube.com/watch?v=UTYFyA8dJgI 32 H2W - AWG 29.04.2021
Fahrzeugbetankungen 2021 (bis 24.04.2021) 33 H2W - AWG 29.04.2021
Monatsbetankungen 2021 (bis 24.04.2021) 34 H2W - AWG 29.04.2021
Fahrzeugbetankungswerte 2021 (bis 24.04.2021) 35 H2W - AWG 29.04.2021
Eckdaten H2-Infrastruktur Bezeichnung des Wertes/Information Einheit Wert Bemerkung Anzahl bestellter H2-Busse Stück 20 Gesamt Anzahl ausgelieferter H2-Busse (van Hool) Stück 10 erste 10 Bz-Busse Anzahl noch zu liefernder H2-Busse (Solaris) Stück 10 zweite 10 Bz-Busse Garantieverbrauch je Bus je 100 km gem. Vertrag ca. kg 13 erste 10 Bz-Busse Betriebsverbrauch je Bus je 100 km (Erfahrungswert) ca. kg 8-9 erste 10 Bz-Busse Produktionsaufnahme Elektrolyseur Datum 30.05.2020 erste Ausbaustufe Erteilung Betriebserlaubnis Datum 20.02.2020 erste Ausbaustufe Leistung Elektrolyseur (installiert) MW 1 erste Ausbaustufe max. Produktionsmenge je Tag (installiert) kg 400 erste Ausbaustufe Leistung Elektrolyseur (geplante Erweiterung) MW 1,5 zweite Ausbaustufe max. Produktionsmenge je Tag (geplante Erweiterung) kg 600 zweite Ausbaustufe Leistung Elektrolyseur (gesamt, nach Erweiterung) MW 2,5 Gesamt max. Produktionsmenge je Tag (gesamt, nach Erweiterung) kg 1000 Gesamt Flächenbedarf (Erzeugung und Lagerung) ca. m² 500 zzgl. An-/Ab-/Umfahrt Flächenbedarf (Betankung) ca. m² 120 zzgl. An-/Abfahrt Druck der Wasserstofflagerung in den Fahrzeugtanks bar bis 350 Druck der Wasserstofflagerung der H2 Infrastruktur bar bis 410 36 H2W - AWG 29.04.2021
Förderung Das Projekt wird im Rahmen der Förderrichtlinie Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert. Die Umsetzung der Förderrichtlinie wird von der NOW Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie koordiniert. Außerdem wurde das Projekt durch NRW-Landesmittel für dem ÖPNV gefördert. Die Projekte JIVE und MEHRLIN werden gefördert durch das Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking unter dem Grant Agreement No 735582 und „Connecting Europe Fazilität (CEF). Das Joint Undertaking wird unterstützt durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union sowie durch Hydrogen Europe und Hydrogen Europe Research. 37 H2W - AWG 29.04.2021
Modellregion Wasserstoffmobilität NRW 38 H2W - AWG 29.04.2021
Modellregion Wasserstoffmobilität NRW (Erzeugerallianz) Link zur Homepage https://www.kompetenzregion-wasserstoff-drw.de/ Link zum Film https://www.youtube.com/watch?v=qu_MZFbxpT0 39 H2W - AWG 29.04.2021
Stellungnahme bzgl. „Grünem“ Wasserstoff 40 H2W - AWG 29.04.2021
Integration von EE-Strom Erzeugungsnahe Umwandlung in H2 direkt an EE-Anlage – Vermeidung Strombezug aus Netz Vorteile • Umwandlung von EE-Strom in mehreren Vermeidung von Stromnetzengpässen kleineren bei der Integration von EEElektrolysen in H2 direkt an EE-Anlage • „Einsammeln“ und Keine Umlagen und NNE auf Strom aus Transport via Fahrzeug öffentlichem Netz oder Pipeline an Verbrauchszentren Verbrauchsnahe Umwandlung in H2 unter maximaler Nutzung von Vorteile Synergien mit anderen Sektoren ► Transport EE-Strom via Nah an Verkehrssenke Stromnetz (in NRW (kurze Transportwege) nahezu keine Technische Kapazitäten vorhanden Stromnetzengpässe) (H2O, Elektrische Leistung, etc.) ► Umwandlung zu H2 in Nutzungsmöglichkeit Nebenprodukte einem Elektrolyseur an (Wärme & O2) einem technischen Standort im Geringere spezifische CAPEX H2-Erzeugung und Verbrauchsgebiet Verdichtung 41 H2W - AWG 29.04.2021
Potentielle H2-Synergien in Wuppertal) Potentielle H2-Senke: Fahrzeugflotten mit hohen 1 Verbräuchen (>15 Mio. l/a Diesel) 1 Busbetriebshof Nächstebreck, ca. 100 Busse, Standort BZ-Flotte 3 2 Busbetriebshof Varresbeck, ca. 200 Busse Betriebshof von AWG und ESW; ca. 30 11 km 3 7 km – tägliche Abfallsammelfahrzeuge Anfahrt MHKW 2 Heizwassernetz als potentielle Abwärmesenke (+Wärmepumpe) 4 km 4 2,3 km Synergien Standort MHKW 5 6 MHKW Technische Synergien: Wasseranschluss, WAB-Anlage, elektrische Potentielle O2 (O3) Senken Anschlusskapazität, Anbindung an Fernheiznetz, technisches 4 Klärwerk Bayer Personal vor Ort… 5 Klärwerk Buchenhofen Energiewirtschaftlich-prozessuale Synergien: Einsatzoptimierung Assets Teil des Tagesgeschäftes, Zugang zu allen relevanten Märkten (Day-Ahead, Intraday, Regelenergie) 42 H2W - AWG 29.04.2021
Möglicher H2-Einsatz in Busse und Nutzfahrzeuge H2-Erzeugung H2-Logistik / Transport H2-Verbrauch Standort MHKW Cronenberg Standort Busbetriebshof Kg H2 pro Tag 30 MWel / 186 MWth Mindestlast bei 3 bzw. Theoretisches 4 Kesselbetrieb Sommer >5.000 Zielbild Elektrolyse Winter >1.000 (bis zu H2 EE / KWK 11 MWel bzw. Strom 18 MWel)1 150-200 H2 BZ-Busse oder EE/ KWK Wärme H2 Logistik Optionen2 andere 1. Vor-Ort Betankung an Nutzfahrzeuge KWs H2 H2 Fern- wärme und / oder Weiterer potentieller 2. Befüllung Trailer an KWK Austausch / Wärme Elektrolysestandort KWs und Transport an Ergänzung / H2 Standort HKW Barmen Busbetriebshof Backup H2 Bedarf = GuD: KWK-Mindestlast 4.500 – 6.0003 82 MWel / 80 MWth kg / Tag Elektrolyse Kg H2 pro Tag (bis zu H2 H2 Produzenten / Sommer >350 KWK Strom 22 MWel)1 Verbraucher / Winter >7.500 Lieferanten 1 3Verbrauch: 15 kg / 100 km Optimale Kapazitäten abhängig u.a. 2Eine Alternative wäre auch der Stromtransport über das öffentliche Stromnetz von Logistikkonzept und die Elektrolyse am Busbetriebshof. Im aktuellen Regulierungsrahmen aber Laufleistung: 200 km / Tag aufgrund der Umlagenthematik schwierig. 43 H2W - AWG 29.04.2021
Klimaschutz/Nachhaltigkeit (Verschiedenes) Bienen / Blumenwiesen Elektrofahrzeuge / Ladesäulen Förderung der Radfahrmobilität (Jobrad) - Unterstellmöglichkeiten mit Lademöglichkeiten Gesundheitsförderung - Betriebssport / Cross-Triathlon - Schwimmbadnutzung Luftwandanlagen / Schalldämpfer für Entspanner Photovoltaik Tafelwasseranlagen / Trinkbrunnen 44 H2W - AWG 29.04.2021
Klimaschutz/Nachhaltigkeit / Bodenaufbereitung Wiederverwertung des Bodenaushubs Gewinnung von Sekundärbaustoffen zur Reduzierung von Primärbaustoffen Reduzierung von aufwendiger/weiter Transportlogistik Reduzierung um insgesamt ca. 5.500 Tonnen CO2- und Schadstoffemissionen pro Jahr Nachhaltige Beschäftigung (ca. 10 Personen) 45 H2W - AWG 29.04.2021
Sektorenkopplung ndere reden über Sektorenkopplung ir machen es! emeinsam im Verbund mit WSW und EKOCity 46 H2W - AWG 29.04.2021
Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit … UND DEN REST ERLEDIGEN WIR AUCH! 47 H2W - AWG 29.04.2021
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