Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul KPRE vergleicht die Wirtschaftlichkeit von Trockenkühlung und Nasskühlung für Kraftwerks- und Industriekühlsysteme. Es ermittelt aus den Anlage- und Betriebskosten den Kühlwassergrenzpreis, also den Preis für Zusatzwasser, bei dem beide Kühlverfahren gleich teuer sind: Liegt der tatsächliche Wasserpreis am Standort darüber, rechnet sich die Trockenkühlung trotz höherer Investition; liegt er darunter, bleibt die Nasskühlung wirtschaftlicher.
In die Rechnung gehen die maßgebenden Kostengrößen beider Systeme ein: der Wärmepreis des Brennstoffes, weil Trockenkühlung höhere Kondensationstemperaturen und damit Wirkungsgradeinbußen verursacht, die spezifischen Anlagemehrkosten der Trockenkühlung, die Annuität zuzüglich Kosten für Reparatur und Wartung sowie die jährliche Benutzungsdauer der Nennlast. Auf der Nasskühlseite werden der spezifische Verdunstungsverlust im Jahresmittel und die Abflutung (Abschlämmung) berücksichtigt, die zusammen den Zusatzwasserbedarf bestimmen.
Gebraucht wird ein solcher Vergleich bei der Standort- und Konzeptentscheidung für Rückkühlanlagen, insbesondere dort, wo Wasser knapp, teuer oder genehmigungsrechtlich begrenzt ist. Das Modul liefert eine belastbare Kennzahl für die Vorplanung, bevor detaillierte Angebote für Kühlturm oder luftgekühlten Kondensator eingeholt werden.
So läuft die Berechnung ab
- Betriebsprofil festlegen: Zunächst werden die energiewirtschaftlichen Randbedingungen erfasst: die jährliche Benutzungsdauer der Nennlast als Maß für die Auslastung sowie der Wärmepreis des Brennstoffes, mit dem Mehrverbräuche durch das schlechtere Kühlniveau der Trockenkühlung bewertet werden.
- Mehrkosten der Trockenkühlung ansetzen: Die spezifischen Anlagemehrkosten der Trockenkühlung gegenüber der Nasskühlung werden mit der Annuität zuzüglich der Kosten für Reparatur und Instandhaltung in Jahreskosten umgerechnet; hinzu kommen die brennstoffseitigen Mehrkosten aus der höheren Kondensationstemperatur.
- Wasserbedarf der Nasskühlung bestimmen: Für die Nasskühlung wird der Zusatzwasserbedarf aus dem spezifischen Verdunstungsverlust im Jahresmittel und der Abflutung ermittelt, die zur Begrenzung der Eindickung des Kreislaufwassers erforderlich ist.
- Kühlwassergrenzpreis berechnen: Aus dem Gleichgewicht der Jahreskosten beider Varianten folgt der Kühlwassergrenzpreis: die jährlichen Mehrkosten der Trockenkühlung, bezogen auf die eingesparte Zusatzwassermenge der Nasskühlung.
- Standortpreis vergleichen: Der berechnete Grenzpreis wird dem tatsächlichen Bezugs- und Entsorgungspreis für Wasser am Standort gegenübergestellt; daraus folgt die Empfehlung für Trocken- oder Nasskühlung und die Sensitivität gegenüber Brennstoffpreis und Auslastung.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Trockenkühlung gegenüber Naßkühlung | dW | J/kWh |
| Wärmepreis des Brennstoffes | wb | EUR/J |
| Spez. Anlagemehrkosten der Trockenkühlung | dK | EUR/kW |
| Annuität zzgl. Kosten für Reparatur etc. | a' | 1/a |
| Benutzungsdauer der Nennlast | bN | h/a |
| Spez. Verdunstungsverlust (Jahresmittel) | mWO | kg/kWh |
| Abflutung bei Naßkühlung | μF | – |
| Kühlwassergrenzpreis | KWG | EUR/kg |
Häufige Fragen
Warum verursacht Trockenkühlung Brennstoffmehrkosten?
Ein Trockenkühlsystem kühlt gegen die Lufttrockentemperatur, ein Nasskühlturm dank Verdunstung gegen die niedrigere Feuchtkugeltemperatur. Die Trockenkühlung erreicht daher höhere Kühlwasser- und Kondensationstemperaturen, der Kondensatordruck steigt und der Wirkungsgrad des Dampfkraftprozesses sinkt. Diese Einbuße wird über den Wärmepreis des Brennstoffes und die Benutzungsdauer in Jahreskosten umgerechnet und den Wasserkosten der Nasskühlung gegenübergestellt.
Was ist die Abflutung und warum gehört sie in den Wasserbedarf?
Beim Verdunsten bleibt der gesamte Salzgehalt im Kreislaufwasser zurück und dickt es ein. Um Ablagerungen und Korrosion zu begrenzen, wird laufend ein Teilstrom abgeflutet (abgeschlämmt) und durch Frischwasser ersetzt. Der Zusatzwasserbedarf ist deshalb die Summe aus Verdunstungsverlust und Abflutung; je schlechter die Wasserqualität, desto höher die nötige Abflutrate und desto teurer die Nasskühlung.
Wie ist der Kühlwassergrenzpreis zu interpretieren?
Er ist der Break-even-Preis des Zusatzwassers: Kostet Wasser am Standort einschließlich Aufbereitung und Abwasserentsorgung mehr als der Grenzpreis, ist die Trockenkühlung insgesamt günstiger, andernfalls die Nasskühlung. Da Brennstoffpreis, Auslastung und Zinssatz stark eingehen, sollte der Grenzpreis stets mit Bandbreiten dieser Parameter berechnet werden, nicht nur als Einzelwert.
Berücksichtigt der Vergleich auch Hybridkühlung?
Der klassische Grenzpreisvergleich stellt reine Trockenkühlung reiner Nasskühlung gegenüber. Hybride Systeme, die im Sommer benetzen und sonst trocken fahren, liegen zwischen beiden Varianten; sie lassen sich näherungsweise bewerten, indem man ihre anteiligen Wasserverbräuche und Mehrkosten in dieselbe Jahreskostenrechnung einsetzt. Für eine Konzeptentscheidung mit Hybridoption ist eine gesonderte Betrachtung sinnvoll.