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Wirtschaftlichkeitsanalyse hilft bei der Entscheidung

Dampfkessel modernisieren oder zur GUD-Anlage erweitern?
Wirtschaftlichkeitsanalyse hilft bei der Entscheidung

Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme hängt stark von den äußeren Rahmenbedingungen ab, die sich dynamisch ändern können. Experten von TÜV Süd haben eine Molkerei bei ihrer komplexen Investitionsentscheidung unterstützt und mit ihrer Wirtschaftlichkeitsanalyse eine solide Entscheidungsgrundlage geschaffen.

Viele Unternehmen in der Ernährungsindustrie decken schon seit langem einen Teil ihres Strom- und Wärmebedarfs durch eigene Erzeugung selbst ab. Dazu zählen insbesondere energieintensive Unternehmen wie Brauereien und Molkereien. Die Erzeugung von Strom und Wärme in einer Kraft-Wärme-Kopplungs-(KWK)-Anlage hilft nicht nur unmittelbar Kosten zu sparen. Auch wird die zukünftige Entwicklung der Stromkosten für Unternehmen besser kalkulierbar, da eine größere Unabhängigkeit von Strompreisschwankungen durch Markt und Gesetzgebung entsteht. Wird in manchen Stunden des Jahres sogar mehr Strom erzeugt als selbst benötigt wird, kann der Überschuss ins Netz gespeist werden, was zusätzliche Einnahmen generiert.

Jedoch hängen diese Kostenvorteile auch von Faktoren ab, die jenseits des Einflussbereichs der Unternehmen liegen. Hierzu zählen die wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen, insbesondere Brennstoffpreise, Steuern und Umlagen.
Vor- und Nachteile abwägen
Eine Großmolkerei in Süddeutschland stand vor der Herausforderung, einen ihrer älteren Dampfkessel zu ersetzen. Die naheliegende Lösung war eine einfache Modernisierung der Dampfkesselanlage. Parallel kamen die Betreiber auf die Idee, den Dampfkessel stattdessen durch eine Gasturbine mit Abhitzekessel und Zusatzfeuerung zu ersetzen. Zusammen mit einer bereits vorhandenen Dampfturbine würde so eine Gas- und Dampfturbinenanlage (GUD-Anlage) entstehen, die sich durch hohe Wirkungsgrade und eine hohe Flexibilität im Betrieb auszeichnet. Mithilfe einer GUD-Anlage könnte die Molkerei einen größeren Anteil ihres Strombedarfs selbst erzeugen.
Die Molkerei hat bereits Erfahrung mit eigener Stromerzeugung. Der Dampf, den ihre Dampfkessel erzeugen, wird zum Teil in einer Dampfturbine entspannt, wodurch er auf ein in der Produktion benötigtes Temperatur- und Druckniveau abgesenkt wird. Aus der Rotationsenergie der Dampfturbine wird elektrische Energie erzeugt, die einen Teil des Strombedarfs der Molkerei deckt. Der restliche benötigte Strom wird zugekauft. In Zeiten steigender Strompreise erschien die Option einer höheren Eigenproduktion mittels eines GUD-Konzepts durchaus attraktiv.
Den Vorteilen der GUD-Anlage stehen jedoch die höheren anfänglichen Investitionen gegenüber. Auch stellt sich die Frage, wie sich ihre langfristigen Betriebs- und Verbrauchskosten im Vergleich zu einer einfachen Modernisierungslösung verhalten. Schließlich fragten sich die Entscheider auch, welchen Einfluss schwankende Rahmenbedingungen auf die Wirtschaftlichkeit haben würden. Um ihre Investitionsentscheidung auf ein robustes Fundament zu stellen, beauftragte die Molkerei TÜV Süd mit einer Wirtschaftlichkeitsanalyse.
Ermittlung der Lastgänge
Die TÜV-Experten ermittelten zunächst die Lastgänge für beide Zukunftskonzepte. Der künftige Bedarfslastgang der Molkerei für Strom und Wärme konnte aus den Vorjahreswerten abgeleitet werden – unter Berücksichtigung geplanter Produktionssteigerungen und einer veränderten Bedarfssituation aufgrund eines neuen mechanischen Verdampfers, der den Dampfbedarf reduziert. Aus diesem Bedarfslastgang entwickelten die Ingenieure je einen Erzeugungslastgang für das Modernisierungskonzept und das GUD-Konzept sowie je eine Jahresenergiebilanz. Die Gegenüberstellung der beiden Bilanzen zeigte: Die GUD-Anlage erfordert zwar etwas mehr Brennstoff, um den Dampfbedarf zu decken, produziert gleichzeitig jedoch fast doppelt so viel Strom wie die bestehende Dampfturbinenanlage.
Im nächsten Schritt untersuchten die Experten von TÜV Süd Angebote von drei Anlagenherstellern und prüften die technische Plausibilität der angebotenen Auslegungsparameter. Technisch müssen die Komponenten den sehr unterschiedlichen Lastsituationen in komplexen Molkereiprozessen gerecht werden. Die richtige Dimensionierung der Gasturbine, des Abhitzekessels und der Zusatzfeuerung spielt deshalb eine wichtige Rolle.
Für die beiden Zukunftskonzepte, das GUD-Konzept und die Dampfkesselmodernisierung, entwickelten die Experten anschließend eine umfassende Wirtschaftlichkeitsanalyse. Die derzeitigen Strom- und Brennstoffpreise der Molkerei bildeten dafür die Grundlage, ergänzt durch angebotene und abgeschätzte Investitions- und Betriebskosten.
Sich ändernde Ausgangsparameter
Interessant für jeden Entscheider ist stets die Frage, welchen Einfluss eine unvorhersehbare Variation der Ausgangsparameter, z. B. der angenommenen Steuern und Preise, auf die Wirtschaftlichkeit des Projektes haben könnte. Die Investitionsvorlage für den Molkereistandort sollte dementsprechend berücksichtigen, inwieweit die GUD-Anlage auch unter geänderten Rahmenbedingungen noch wirtschaftlich betrieben werden kann. Zu diesen Rahmenbedingungen zählen staatliche Förderungen und Steuerermäßigungen, die EEG-Umlage, Steuern und Abgaben auf Energieträger sowie Kosten für CO2-Zertifikate im Rahmen des Emissionshandels. Eine sogenannte Sensitivitätsanalyse bestimmt den Einfluss dieser Faktoren auf die Wirtschaftlichkeit der Anlagenkonzepte und macht somit das Investitionsrisiko transparent. Die Experten untersuchten den Fall steigender Preise für Gas, Strom und CO2-Zertifikate, Änderungen bei der EEG-Umlage, sowie als Worst-Case-Szenario den kompletten Wegfall von Steuerermäßigungen und Fördermaßnahmen.
Die Analyse zeigte, dass das GUD-Anlagenkonzept selbst unter ungünstigen Rahmenbedingungen rentabler ist als ein Weiterbetrieb der Dampfturbine mit modernisiertem Kessel. Trotz höherer Investitionskosten bietet die GUD-Anlage langfristig Kosteneinsparungen. Bei nur geringfügig höherem Brennstoffeinsatz erzeugt die Anlage deutlich mehr Strom. Damit kann der Fremdstrombezug erheblich gesenkt und die Unabhängigkeit von steigenden Strompreisen gestärkt werden. Die Berechnungen einschließlich der Sensitivitätsanalysen zeigen, dass das GUD-Konzept über die gesamte Betriebsdauer hinweg gesehen kostengünstiger ist.
prozesstechnik-online.de/dei0515437
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