Die Energiequellenentscheidung
Ein kontinuierlicher chemischer Prozess erfordert 80 kW Heizleistung, 8.000 Stunden pro Jahr, für eine Gerätelebensdauer von 20 - Jahren. Es stehen zwei Energiequellen zur Verfügung: erdgasbefeuerter Dampf, der in den PTFE-Wärmetauschern verwendet wird, und der Strom, der in den elektrischen Tauchsiedern verwendet wird. Die Wahl bestimmt die Energiekosten der Anlage für die nächsten zwei Jahrzehnte.
Der Vergleich besteht nicht einfach nur aus dem heutigen Gaspreis und dem heutigen Strompreis. Beides wird sich im Laufe von 20 Jahren ändern. Der Kesselwirkungsgrad, die Wartung und die Kosten für die Dampfverteilung müssen berücksichtigt werden. Beim Vergleich muss es sich um echte Lebenszyklus-Energiekosten handeln, die alle Faktoren berücksichtigen, die sich auf die Gesamtkosten der Bereitstellung der Nutzwärme für den Prozess auswirken.
Die Energiekostenberechnung
Erdgasdampf: Der Kessel wandelt das Erdgas mit einem Wirkungsgrad von etwa 82 % in Dampf um. Der Dampf wird über die isolierten Rohrleitungen mit einem Wärmeverlust von ca. 5 % dem Prozess zugeführt. Der Gesamtwirkungsgrad von Brennstoff-zu-beträgt etwa 78 %. Bei einem Erdgaspreis von 4,50 $ pro Million BTU (0,0153 $ pro kWh thermisch) betragen die Kosten pro kWh der an den Prozess gelieferten Wärme 0,0153 $ / 0.78=0,0196 $.
Elektrische Heizung: Die elektrischen Widerstandsheizungen wandeln den Strom am Verbrauchsort mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 % in Wärme um. Es gibt keine Verteilungsverluste. Bei einem industriellen Strompreis von 0,08 $ pro kWh betragen die Kosten pro kWh der gelieferten Wärme 0,08 $.
Der jährliche Energieverbrauch beträgt 80 kW × 8.000 Stunden=640.000 kWh. Die jährlichen Energiekosten für den Dampf betragen 640.000 × $0.0196=$12.544. Für den Strom: 640.000 × $0.08=$51.200. Die jährliche Ersparnis mit dem Dampf beträgt 38.656 $.
| Energiekostenparameter | Erdgasdampf + PTFE | Elektrisches Eintauchen |
|---|---|---|
| Kraftstoff-zu-Prozesseffizienz (%) | 78 | 98 |
| Kosten für gelieferte Energie ($/kWh) | 0.0196 | 0.08 |
| Jährlicher Energieverbrauch (kWh) | 640,000 | 640,000 |
| Jährliche Energiekosten | $12,544 | $51,200 |
| Jährliche Energieeinsparung mit Dampf | – | $38,656 |
| 20 Jahre unrabattierte Energiekosten | $250,880 | $1,024,000 |
| 20 Jahre Energieeinsparung | – | $773,120 |
Der Strompreis-Eskalationsfaktor
Die Strompreise sind in der Vergangenheit aufgrund der Netzinfrastrukturkosten, der Vorschriften für erneuerbare Energien und der Änderungen im Energiemix bei der Erzeugung schneller gestiegen als die Erdgaspreise. In den letzten 20 Jahren sind die US-amerikanischen Industriestrompreise um durchschnittlich 2,5 % pro Jahr gestiegen. Die durch die Schiefergasförderung bedingten Erdgaspreise waren stabiler.
Wenn der Strom jährlich um 2,5 % und das Erdgas um 1,0 % steigt, wird der 20-jährige Energiekostenvorteil für den Dampf sogar noch größer. Der mit 8 % abgezinste Nettobarwert der Energieeinsparungen übersteigt 450.000 US-Dollar für eine einzelne Heizleistung von 80 kW.
Der Eskalationsfaktor ist wichtig, da es sich bei der Energieentscheidung um eine langfristige Verpflichtung handelt. Der heute installierte Wärmetauscher wird die Energie für die nächsten zwei Jahrzehnte verbrauchen. Die Entwicklung der Kraftstoffpreise in diesem Zeitraum ist ebenso wichtig wie der heutige Preis.
Die Zuordnung der Kessel- und Infrastrukturkosten
Wenn für die anderen Prozesse bereits ein Kessel vorhanden ist, belaufen sich die zusätzlichen Kosten für die Hinzufügung des 80-kW-PTFE-Wärmetauschers nur auf den Wärmetauscher selbst sowie die Dampf- und Kondensatleitungen. Die Kapitalkosten für den Kessel werden allen Nutzern zugerechnet. Wenn ein neuer Heizkessel installiert werden muss, müssen dessen Kapitalkosten in den Vergleich einbezogen werden.
Selbst mit einem dedizierten Heizkessel amortisiert die Energiekosteneinsparung von 38.656 US-Dollar pro Jahr eine Heizkesselinstallation im Wert von 100.000 US-Dollar in etwa 2,6 Jahren. Die verbleibenden 17+ Jahre des 20-Jahreszeitraums generieren die reinen Einsparungen. Die Investitionskosten für den Kessel ändern nichts an der Schlussfolgerung – der Dampf mit PTFE ist die Wahl mit den niedrigeren Energiekosten.
Die Zusammenfassung
Über einen Zeitraum von 20-Jahren spart ein dampfbeheizter PTFE-Wärmetauscher im Vergleich zur elektrischen Tauchheizung für einen kontinuierlichen 80-kW-Prozess etwa 773.000 US-Dollar an Energiekosten ein. Die Ersparnis ergibt sich aus dem grundsätzlichen Unterschied zwischen den Erdgas- und den Strompreisen pro Energieeinheit. Selbst wenn ein neuer Heizkessel installiert werden muss, amortisiert sich die Anlage schnell und die langfristigen Einsparungen sind erheblich.
Technische Unterstützung für den Energiekostenvergleich unter den spezifischen Anlagenbedingungen ist nach Vorlage des Wärmesteuersatzes, der jährlichen Betriebsstunden, der örtlichen Erdgas- und Strompreise sowie der Angaben zur vorhandenen Kesselinfrastruktur verfügbar.
