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1 Dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung auf Basis Biomasse-Vergasung R. Rauch, H. Hofbauer Technische Universität Wien

2 Gaserzeugung aus Biomasse autotherm allotherm Luft O 2,H 2 O H 2 O CO 2 gering mittel Heizwert mittel mittel ja nein N 2 im Gas nein nein gering hoch H 2 im Gas hoch mittel

3 Anlagenschema Vorgewärmte Luft (vom Biomassekessel) Trocknungrohr [energy from biomass] Trocknerabluft (zum Biomassekessel) Siebung Tages Bunker Biomasse Schneckenfördersystem Fackel Luft Festbettvergaser Luftvorwärmer Produktgas Luft Quench Kühler Wasser Nass E-Filter Produktgas Verdichter Produktgas Kühler Gasmotor G Asche Verbrennungsluft Partikel + Teer Filter Bestehender 5 MW Biomassekessel Abgas Kühler Auslegungsdaten: 2000 kw Brennstoffwärmeleistung 550 kw elektrische Leistung 700 kw thermische Leistung Vorgewärmte Luft (zum Trocknungsrohr) Trocknerabluft (vom Trocknungsrohr) Abgas

4 Trockenrohr (Siebeinheit) [energy from biomass]

5 Vergaser [energy from biomass]

6 Quenche [energy from biomass]

7 E-Filter & Produktgasgebläse [energy from biomass]

8 Gaszusammensetzung [energy from biomass] CO 16 Konzentration [vol%] H2 CO2 4 2 CH4 Rest: N2 0 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 Uhrzeit am

9 Gasqualität [energy from biomass] Partikel Teer Nach Vergaser: mg/nm³ mg/nm³ Nach Quenche: mg/nm³ mg/nm³ Nach E-Filter: E Anforderung Gasmotor: < 50 mg/nm³ mg/nm³ Ammoniak Nach E-Filter E : 8-18 ppm Anforderung Gasmotor: < 50 ppm

10 Leistungen und Wirkungsgrade [energy from biomass] Leistung kw Brennstoff Vergaser Motor Kaltgaswirkungsgrad: 66 % (Brst.-Gas) Motorwirkungsgrad: 34 % (Gas-Strom) el. Gesamtwirkungsgrad: 23 % (Brst.-Strom) :30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 Uhrzeit am

11 Leistungsdiagramm der Anlage Wr.. Neustadt Abfall der max. Leistung durch Turboladerkapazität: (Gemischtemperatur) Leistungsverlust Abfall der max. Leistung durch erhöhten Luftwassergehalt: Leistungsverlust Motorleistung [kw el] Anlagenbetrieb: Anlagenbetrieb: Anlagenbetrieb: Biomasse Wassergehalt Abfall der max. Leistung durch erhöhten Produktgaswassergehalt: Wirkungsgradverlust max. Motorleistung ϕrel = 100 %, t Luft Außen = 25 C 200 max. Motorleistung ϕrel = 75 %, t Luft Außen = 18 C min. Leistung max. Motorleistung ϕrel = 0 %, Winterbetrieb Holzmassenstrom (H u,wf = kj/kg) [kg fe /h]

12 Grundkonzept: allothermes Vergasungssystems Produktgas Abgas Wärme Biomasse Vergasung Verbrennung Zusatzbrennstoff Wasserdampf Zirkulation od. Wärmet. Luft

13 Biomasse-Heizkraftwerk Heizkraftwerk-Güssing

14 Produktgas Rauchgas Biomasse Dampf Luft

15 CHP-PLANT PLANT GÜSSING Efficiencies (measurements full load) Cold gas efficiency 71,5 % Gas engine 36,2 % Electrical efficiency 24,5 % Heat efficiency 49,6 % Total efficiency 74,1 %

16 temperature [ C] combustion temperature gasification temperature pressure drop over gasification zone temperature after filter temperature after scrubber pressure [mbar]

17 CO2 CO CH4 N2 H2 heating value 50 13, ,0 11, ,0 concentration [vol% dry] ,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 heating value [MJ/Nm³] 10 3,0 2,0 5 1,0 0 0,

18 Vergleich Luft/Dampf-Vergasung Luftvergasung Dampfvergasung Heizwert MJ/m H 2 % CO % CO 2 % CH 4 % N 2 % <1

19 2500 Leistungskennfeld ursprüngliche Nennlast aktuelle Nennlast el. Klemmenleistung [kw] Biomassefeuchte 0% 10% min. Rauchgasmenge 20% min Motorleistung 30% 100% Motorleistung 80% Motorleistung max. Rauchgasmenge 60% Motorleistung Biomasse [kg/h]

20 Vergleich elektrischer Wirkungsgrade [energy from biomass] Vergleich elektrischer Wirkungsgrade Elektr. Wirkungsgrad in % (Hu) PEMFC Mikroturb. SOFC PAFC MCFC Gasmotor SOFC+ Turbine Gasturbine IGCC Leistung in kw

21 Electricity production cost of state of the art CHP-plants Electricity production costs [ /MWh] Steam engine Fixed bed gasification Back pressure steam turbine Fluidised bed gasification No investment subsidies 6 % p.a for 13 years Fuel costs: 14 /MWh Full load capacity heat: 4000 h Full load capacity electricity: 6000 h Incoming heat leads : 20 /MWh Fuel power [MW th ]

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