CRAFTWERK. Verstromung von Gärresten mittels Schwebefestbettvergaser

Transkript

1 CRAFTWERK Verstromung von Gärresten mittels Schwebefestbettvergaser

2 Überblick Unternehmen Herausforderung Schwebebetttechnologie Verstromung von Gärresten Zusammenfassung 2

3 Unternehmen SynCraft Engineering High-Tech Entwicklungsunternehmen für Biomasseheizkraftwerke Planung und Realisierung von CraftWERKEN SynCraft Automation Automatisierungstechnikunternehmen; Automatisierung von CraftWERKEN Tochterunternehmen von SynCraft Engineering Universitäres Spin-Off Hochschulstudiengang Verfahrens-, Umwelt- und Energietechnik Management Center Innsbruck Gründung

4 Herausforderung Ein grober Ansatz zum Thema Gärreste x BGA 500KW* ~ t/a (trocken) Bild: HAASE Energietechnik AG, Neumünster Bild: Anton Knoll Hochgerechnet stecken damit rund kwh an potentieller Energie in diesen Gärresten oder umgerechnet eine potentielle Brennstoffwärmeleistung von rund 4,5 GW * Grobe Anzahl und typische Leistung einer BGA in Deutschland 4

5 Herausforderung Hürden bei der thermischen Nutzung Nass, lose, undefiniert Aufgrund ihres Zustands direkt nach Ausschleusung aus der Biogasanlage ist eine direkte Nutzung nur bedingt möglich. Der Wassergehalt führt zu einem negativen Brennwert und die lose, unstrukturierte Form macht eine kontrollierte Förderung schwierig. Ascheerweichung Erhöhter mineralischer Anteil im Brennstoff; zudem deutlich erhöhte Kaliumwerte wodurch der Ascheerweichungspunkt unter C absinken kann. Es kommt sowohl bei der Verbrennung als auch bei der Vergasung daher immer wieder zu Anbackungen. Abgas- / Gasreinheit Aufgrund der Zusammensetzung neigen Gärreste zu erhöhten Emissionen bei der Verbrennung und zu erhöhten Teerfracht bei der Vergasung. In beiden Fällen sind Mehraufwendungen bei der Gasreinigung die Folge. 5

6 Herausforderung Verwertungsansatz für eine BGA kWel BGA Input ~4000t Mais (trocken) pro Jahr ~650kW thermisch kann ca. 500kg Wasser entfernen pro Stunde; Vorgepresst auf ~TS 30% und dann getrocknet auf ~W15 können damit im Jahr ~1100t GR Pellets erzeugt werden 100% Input für 1x CW 700 ABR 1x BGA 500KW 1x CW 700 ABR (180kWel) + Trockner Pelletierer +36% Energie ohne zusätzliche Rohstoffkosten! 6

7 Schwebebetttechnologie Prozessstufen eines Vergasungskraftwerks Die Vergasung von Biomasse formt in mehreren Prozessschritten aus einem festen- einen gasförmigen Brennstoff, der ideal zur Verwertung in modernen Gasmotoren geeignet ist 7

8 Schwebebetttechnologie Verfahrensschema CraftWERK 8

9 Schwebebetttechnologie Kernstück der CraftWERK Technologie ist das abgehobene und gegen die Schwerkraft betriebene Schwebefestbett. Dadurch erst können CraftWERKE Standardrohstoffe verarbeiten, sauberes Produktgas erzeugen und gleichzeitig maximale Stromwirkungsgrade aufweisen. Kraft Gewicht - Kraft Gasstrom Kein anderes Verfahren kann diese Eigenschaften miteinander kombinieren 9

10 Referenzen Von der High-Tech Innovation zur bereits mehrfach realisierten Technologie auf Basis Holzhackgut CraftWERK 500 Schwaz (AT) Pilotanlage In Betrieb ohne Beaufsichtigung seit Oktober 2013 / 500 kw Brennstoff- und 120 kw elektrische Leistung CraftWERK 1000 Vierschach (IT) Kommerzieller Prototyp In Betrieb ohne Beaufsichtigung seit April 2014 / kw Brennstoff- und 250 kw elektrische Leistung CraftWERK 700 Hatlerdorf (AT) Serienanlage In Realisierungsphase bis Ende 2014, 650 kw Brennstoff- und 180 kw elektrische Leistung CraftWERK 1600 Wörgl (AT) Kommerzieller Prototyp Realisierung / kw Brennstoff- und 475 kw elektrische Leistung 10

11 Produktpalette CraftWERK 700 kommerziell verfügbar Leistung: 180 kw e und 275 kw 0,8 srm/h Wirkungsgrad: 28% elektrisch Platzbedarf: < 200m² / H=8m Besonderheit: Kleinster, hocheffizienter 6-Zyl. Gasmotor von 2G verfügbar CraftWERK 1000 / 1200 verfügbar ab Herbst 2014 Leistung: 350 kw e und 500 kw 1,4 srm/h Wirkungsgrad: 29% elektrisch Platzbedarf: 200m² / H=10m Besonderheit: Optional unter bzw. über 300kW elektrischer Leistung CraftWERK 700 ABR geplant ab 2015/16 als Serienanlage Leistung: 180 kw e und 275 kw th Wirkungsgrad: 28% elektrisch Platzbedarf: < 200m² / H=8m Besonderheit: Kleinster, hocheffizienter 6-Zyl. Gasmotor von 2G verfügbar CraftWERK 1600 geplant ab 2015/16 als Serienanlage Leistung: 475 kw e und 670 kw 1,9 srm/h Wirkungsgrad: 30% elektrisch Platzbedarf: 250m² / H=10m Besonderheit: angepasst an maximales EU Tariflimit 11

12 Hürden bei der thermischen Nutzung Nass, lose, undefiniert Aufgrund ihres Zustands direkt nach Ausschleusung aus der Biogasanlage ist eine direkte Nutzung nur bedingt möglich. Der Wassergehalt führt zu einem negativen Brennwert und die lose, unstrukturierte Form macht eine kontrollierte Förderung schwierig. Ascheerweichung Erhöhter mineralischer Anteil im Brennstoff; zudem deutlich erhöhte Kaliumwerte wodurch der Ascheerweichungspunkt unter C absinken kann. Es kommt sowohl bei der Verbrennung als auch bei der Vergasung daher immer wieder zu Anbackungen. Abgas- / Gasreinheit Aufgrund der Zusammensetzung neigen Gärreste zu erhöhten Emissionen bei der Verbrennung und zu erhöhten Teerfracht bei der Vergasung. In beiden Fällen sind Mehraufwendungen bei der Gasreinigung die Folge. 12

13 Herausforderung 1: nass, lose, undefiniert Direkt nach dem Fermenter werden die Gärreste mechanisch separiert und gepresst und erreichen dabei einen Trockensubstanzanteil von rund 30%. Das weiterhin nasse und lose Material wird im Anschluss daran in einem Trockner auf rund 10% Wasseranteil getrocknet und anschließend pelletiert. Diese Aufbereitung ermöglicht einen konstanten Heizwert von Gärresten und ermöglicht zudem erst eine zuverlässige Beschickung einer dezentralen Verstromungseinheit für Gärreste. Bilder: Dorset Green Machines B.V. 13

14 Herausforderung 2: Ascheerweichung Schwebefestbettvergaser arbeiten mit einer einzigartig niedrigen Hochtemperaturzone welche zwischen C liegt. Unter Zugabe von Dampf kann diese nochmal deutlich unter jegliche Ascheerweichungstemperatur gebracht werden. Zudem können sowohl Störstoffe wie Nägel oder Schrauben als auch Versinterungen, Verschlackungen unterbrechungsfrei aus dem System abgezogen werden. Kontinuierlicher Störstoffaustrag 14

15 Herausforderung 3: Abgas- / Gasreinheit Durch die gestufte Schwebefestbetttechnologie ist eine Teerabbaurate im Vergasungsreaktor, ohne Einsatz von Zusatzstoffen oder Katalysatoren, von 99,9% sichergestellt. Damit gelingen Teerfrachten von < 20mg/Nm³ was 1.000x niedriger ist als bei Wirbelschichtanlagen. Eine Teerabscheidung kann damit gänzlich entfallen! Zudem können im eingesetzten Eigenkondensatwäscher gezielt Wasser, Ammoniak aber auch moderate Mengen an Chlor und Schwefelwasserstoff abgeschieden werden. Turbulente Hochtemperaturzone 15

16 ABR 100 Testreaktor Eckdaten Entwicklungsstand Betriebsart Nennleistung Brennstoffinput Brennstoff Testreaktor Kontinuierlich; bemannter Betrieb 100kW Brennstoff 10-25kg/h Pellets aller Art 16

17 Bisherige Ergebnisse Veränderung der Gärreste über den Umwandlungsprozess Pellets Heizwert 17MJ/kg Schüttdichte 650kg/m³ Aschegehalt 18% Koks Aschegehalt 38% Biokohle Aschegehalt 61% C-Umsatz ~75% 17

18 Bisherige Ergebnisse Veränderung der Gärreste über den Umwandlungsprozess 18

19 Bisherige Ergebnisse Anlagerung der Asche an den ausgetragenen Biokohlepartikeln 19

20 Bisherige Ergebnisse Gaszusammensetzung mit Verlauf inklusive Mittelwerte; zudem wichtige Eckdaten des Testbetriebs Eckdaten CO 16% CO 2 14% CH 4 1% H 2 17% N 2 Heizwert Rest 4,2 MJ/m³ Vergaser Haupttemperatur 840 C Teerbeladung* 10-50mg/m³ * in bisherigen Beprobungen gemäß tar protocol CEN/BT/TF 143 über 1-2h nicht nachweisbar; wie bei Holzhackgut geht man aktuell 10-50mg/m³ aus. 20

21 Ausführung STANDARD Eigene Gasreinigung und Verwertung Trockner Pelletierer CW 700 ABR BGA 500KW Eigene Gasreinigung und Verwertung 21

22 Ausführung LIGHT Gemeinsame Nutzung Gasmotor Trockner Pelletierer CW 700 ABR BGA 500KW Gaseinbringung vor Gasmotor 22

23 Ausführung ULTRA LIGHT Gemeinsame Nutzung Gasreinigung und Gasmotor Trockner Pelletierer CW 700 ABR BGA 500KW Gaseinbringung in Fermenter* 23

24 Wirtschaftlicher Ausblick Ausführung STANDARD Randbedingungen: Investment 1,5 Mio EUR, 50 EUR/t Rohstoffpreis (Gärrestpellets); 40 EUR/MWh Wärmetarif; 180 EUR/MWh Stromtarif 15 Jahre Laufzeit; 7.000h pro Jahr; 90% Wärmeabnahme 24

25 Wirtschaftlicher Ausblick Ausführung LIGHT Randbedingungen: Investment 1,2 Mio EUR, 50 EUR/t Rohstoffpreis (Gärrestpellets); 40 EUR/MWh Wärmetarif; 180 EUR/MWh Stromtarif 15 Jahre Laufzeit; 7.000h pro Jahr; 90% Wärmeabnahme 25

26 Wirtschaftlicher Ausblick Ausführung ULTRA LIGHT Randbedingungen: Investment 1,0 Mio EUR, 50 EUR/t Rohstoffpreis (Gärrestpellets); 40 EUR/MWh Wärmetarif; 180 EUR/MWh Stromtarif 15 Jahre Laufzeit; 7.000h pro Jahr; 90% Wärmeabnahme 26

27 Zusammenfassung CraftWERK Konzept erlaubt eine effiziente, rohstoffflexible und nahezu teerfreie Verstromung fester Biomasse CraftWERK auf Basis Holzhackgut hat kommerzielles Level erreicht CraftWERK auf Basis Gärrestpellets erfolgreich getestet CraftWERK 700 ABR passend für BGA 500kW Verschiedene Ausführungsvarianten mit BGA möglich Wirtschaftlich interessant; vor allem Variante ULTRA LIGHT Standortsuche für Prototypanlage CW 700 ABR (Dorset / SynCraft) 27

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 1x BGA 500KW 1x CW 700 ABR (180kW el ) + Trockner Pelletierer Marcel Huber SynCraft Engineering GmbH Münchnerstrasse Schwaz Tel.: +43/(0) marcel.huber@syncraft.at +36% Energie ohne zusätzliche Rohstoffkosten! Förderprojekt K-Regio PowerBox² - Förderstellen / Projektpartner: