Power-to-Gas

Bei dieser Auswahl werden der auf den unteren Heizwert bezogene Nennwirkungsgrad, die Abgegebene Brennstoffleistung und die Aufgenommene elektrische Leistung berechnet und in den Technischen Ausgabedaten angegeben.

Bei dieser Auswahl werden die auf den unteren Heizwert bezogene Brennstoffnennleistung, die Abgegebene Brennstoffleistung und die Aufgenommene elektrische Leistung berechnet und in den Technischen Ausgabedaten angegeben.

Der Anteil der elektrischen Energie, der nicht in die Produktion von Gas fließt, wird in Abwärme umgewandelt. Diese Abwärme wird als Differenz aus der Elektrischen Leistung\( \begin{equation} \begin{aligned} P_{el\ nenn} \end{aligned}\end{equation}\)und der Brennstoffleistung\( \begin{equation} \begin{aligned} \dot{m}_{nenn} \cdot H_{i} \end{aligned}\end{equation}\)mit der folgenden Formel berechnet:

\( \begin{equation} \begin{aligned} \dot{Q} = P_{el\ nenn} -\dot{m}_{nenn} \cdot H_{i} \end{aligned}\end{equation}\).

Wenn nur Methan erzeugt werden soll, ist dazu ebenfalls Wasserstoff erforderlich, der im ersten Schritt erzeugt werden muss. Der Prozess der Methanisierung benötigt CO₂.

Teillastverhalten

Das Teillastverhalten lässt sich wie bei allen Energiewandlern durch einen konstanten Wirkungsgrad oder Kennlinien bestimmen.

Bei der Auswahl Absolute Kennlinie wird der Zusammenhang zwischen der Brennstoffleistung\( \begin{equation} \begin{aligned} \dot{m} \cdot H_{i} \end{aligned}\end{equation}\)und der Elektrischen Leistung\( \begin{equation} \begin{aligned} P_{el\ nenn} \end{aligned}\end{equation}\)über eine Kennlinie\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ abs}\end{aligned}\end{equation}\)mit folgender Formel hergestellt:

\( \begin{equation} \begin{aligned} P_{el\ nenn} = f_{el\ abs} (\dot{m} \cdot H_{i}) \end{aligned}\end{equation}\).

Bei der Auswahl Relative Kennlinie wird der Zusammenhang zwischen der Brennstoffleistung\( \begin{equation} \begin{aligned} \dot{m} \cdot H_{i} \end{aligned}\end{equation}\)und der elektrischen Leistung\( \begin{equation} \begin{aligned} P_{el\ nenn} \end{aligned}\end{equation}\)über eine Kennlinie \( f_{el\ rel}\) hergestellt. Zusätzlich zu den Werten in der Tabelle geben Sie die Auslegungsgrößen wie für den Konstanten Wirkungsgrad (siehe oben) an.

Zur Berechnung des Teillastverhaltens wird die folgende Formel verwendet:

\( \begin{equation} \begin{aligned} f_{el\ rel} \left ( \frac{P_{el}}{P_{el\ nenn}} \right) = \frac{\dot{m}}{\dot{m}_{nenn}} \end{aligned}\end{equation}\).

Vorlauftemperatur

Bei Modellierung mit externer Abwärme (siehe oben) und Simulation mit der Stoffeigenschaft Temperaturabhängig geben Sie wie in allen Komponenten der Wärmenetze für den Wasserkreislauf die Vorlauftemperatur (Austrittstemperatur) an (siehe folgende Abbildung), um nach der Optimierung der Energiebilanz die Massenbilanz und die Eintrittstemperatur (Rücklauftemperatur) zu berechnen.

Näheres dazu erfahren Sie in dem Artikel über die Besonderheiten der Wärmekomponenten.

Wirtschaftliche Daten

Neben den Kosten und Erlösen für Betriebsmittel und evt. Reinvestitionskosten werden die Investitionskosten und die speziellen Kosten und Erlöse der Power-to-Gas-Anlage bei der wirtschaftlichen Auswertung berücksichtigt.

Im Methanisierungsprozess wird Kohlendioxid verwendet. Für die Nutzung des Kohlendioxids werden durch den Verkauf der CO₂-Emissionszertifikate (EUA für CO2-Emissionsrechte) Erlöse erzielt. EUA steht für European Union Allowance. Geben Sie den Preis der EUA in den Wirtschaftlichen Eingabedaten an.

Im Prozess der Wasserelektrolyse wird Wasser als Ausgangsstoff verwendet und Sauerstoff erzeugt. Wenn in den Wirtschaftlichen Eingabedaten (siehe folgende Abbildung) der Wasserpreis und der Sauerstoffpreis hinterlegt sind, werden diese Kosten und Erlöse ebenso wie die EUA-Erlöse für CO2-Emissionsrechte in den Wirtschaftlichen Ausgabedaten der Komponente als Kosten und Erlöse für Betriebsmittel ausgewiesen und in der wirtschaftlichen Bilanz in der Variantenanalyse als Betriebskosten berücksichtigt.

Im Variantenanalyse-Formular Wirtschaftlichkeit werden die Wasserkosten unter Betriebskosten und die Erlöse aus dem Verkauf des produzierten Sauerstoffs und der EUA für CO₂-Emission unter Betriebserlöse geführt.

Die Investitionskosten können Sie als Fixe Investitionskosten oder als Investitionskostenfunktion eingeben. Als Standardwert ist in der Komponentenvorlage die Investitionskostenfunktion einer Wasserelektrolyseanlage mit ihren peripheren Einrichtungen hinterlegt. Für eine Anlage mit einem Reaktor zur Methanisierung fallen deutlich höhere Kosten an.

Das folgende Diagramm und die Tabelle bieten Orientierungswerte zur Eingabe der Investitionskosten. Um diese Näherungswerte in TOP-Energy zu übernehmen, kopieren Sie die Tabelle zuerst in Excel. Von dort können Sie einzelne Spalten über die Zwischenablage in die Tabelle in TOP-Energy einfügen.

Technische Ausgabedaten

Unter den Technischen Ausgabedaten (siehe folgende Abbildung) wird die berechnete Aufgenommene elektrische Leistung angegeben. Sie umfasst nicht nur die Gaserzeugung, sondern, wenn in den Eingabedaten so spezifiziert, auch die Gewinnung von CO₂ aus der Luft und die Verdichtung des produzierten Gases. Aus diesem Grund kann die gesamte Aufgenommene elektrische Leistung größer als die Maximale Leistungsaufnahme der reinen Power-to-Gas-Anlage sein, die sich allein auf die Wasserelektrolyse und die Methanisierung bezieht und die in den Eingabedaten vorgegeben wird.

Ökobilanzierung von CO₂ und Primärenergie

Wie die Einsparung von CO₂ und Primärenergie bei der Verwendung einer Power-to-Gas-Komponente bilanziert wird, beschreibt der Artikel Funktionsweise der Ökobilanzierung an zwei Beispielen.