Effizienzsteigerung von Biogas-BHKW durch Mini-ORC-Anlagen

Transkript

1 durch Mini-ORC-Anlagen 2. Bayreuther Bioenergiesymposium, Dr.-Ing. Andreas Obermeier

2 Zentrum für Energietechnik Universität Bayreuth Mechatronik Prof. Dr.-Ing. Mark-M. Bakran Technische Thermodynamik und Transportprozesse Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann Mess- und Regeltechnik Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer Bioprozesstechnik Prof. Dr. Ruth Freitag Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik Prof. Dr.-Ing. Andreas Jess Funktionsmaterialien Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos Konstruktionslehre und CAD Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg Werkstoffverarbeitung Prof. Dr. Monika Willert-Porada durch Mini-ORC-Anlagen Seite 2

3 Energiebilanz Biogas-BHKW 2096 kw 861 kw mechanische Leistung 934 kw thermische Leistung 40% elektrische Leistung 1% Generatorverluste 10% Öl 12% Motorkühlung 23% Kondensationswärme 301 kw Verluste 14% Verluste durch Mini-ORC-Anlagen Seite 3

4 Temperatur Optionen der BHKW-Wärmenutzung Motorabgas Stromerzeugung Prozessdampferzeugung? Motorkühlwasser Kälteerzeugung Trocknung Heizung durch Mini-ORC-Anlagen Seite 4

5 Stromerzeugung mittels Dampfkraftprozess Wärmesenke Wärmequelle durch Mini-ORC-Anlagen Seite 5

6 Anwendungsgebiete Organic Rankine Cycle (ORC) Tiefe Geothermie Quelle: Gammel Duvia Engineering Biomasse-Heizkraftwerke Abwärmenutzung Biogas-BHKW Quelle: ORMAT Industries Abwärmenutzung Industrie durch Mini-ORC-Anlagen Seite 6

7 Forschung und Entwicklung BFS-Projekt Entwicklung eines ORC-Minikraftwerkes zur Abwärmenutzung Übergabe des BFS-Förderbescheids durch Staatsminister Zeil durch Mini-ORC-Anlagen Seite 7

8 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Standard-ORC Thermoölkreislauf ORC mit internem Rekuperator G M Wärmequelle durch Mini-ORC-Anlagen Seite 8

9 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Entwicklungsziel Direktverdampfung G M durch Mini-ORC-Anlagen Seite 9

10 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Entwicklungsziel ORC ohne internen Rekuperator G M durch Mini-ORC-Anlagen Seite 10

11 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Entwicklungsziel neues Entspannungaggregat G M durch Mini-ORC-Anlagen Seite 11

12 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Verzicht auf internen Rekuperator T abgas = 573 K durch Mini-ORC-Anlagen Seite 12

13 Nettoleistung [kw] BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Direktverdampfung ohne Thermoöl-Kreislauf 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 + geringere Anlagen-Komplexität + Kosteneinsparung 11,0 10,5 10,0 ohne Thermoölkreislauf mit Thermoölkreislauf + erhöhte Umwandlungseffizienz - Zersetzung des ORC-Fluides vermeiden - Entzündungsgefahr bei Leckage entgegenwirken - Pufferwirkung des Thermoölkreislaufes kompensieren durch Mini-ORC-Anlagen Seite 13

14 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Neuentwicklung Mikroexpansionsturbine Turbine ersetzt Scroll- bzw. Schraubenexpander + Downscaling bis 15 kw el + für höhere Dampftemperaturen geeignet + keine Probleme mit Schmierung durch Mini-ORC-Anlagen Seite 14

15 BFS-Projekt Entwicklung Mini-ORC Weiterer Projektverlauf Anlagenkonzept fertig gestellt Demonstrationsanlage derzeit in Planung Aufbau und Inbetriebnahme bis Anfang 2013 Tests und Redesign im Frühjahr und Sommer 2013 Projektabschluss im August durch Mini-ORC-Anlagen Seite 15

16 durch Mini-ORC Projekt 5 im Regionalentwicklungskonzept der Bioenergieregion Bayreuth Hauptziel Konzipierung des Einsatzes einer neuen Mini-ORC-Anlage zur Abwärme-Nachverstromung bei Biogas-BHKWs in der Region durch Mini-ORC-Anlagen Seite 16

17 durch Mini-ORC Projekt 5 im Regionalentwicklungskonzept der Bioenergieregion Bayreuth Inhalte Bestandsaufnahme der Wärmenutzung regionaler Biogas-BHKWs in Kooperation mit der Bioenergieregion Bayreuth Identifizierung besonders geeigneter BHKWs für eine ORC-Nachrüstung Anlagenbezogene Analyse und Bewertung einer Nachverstromung Ergebnisübertragung auf Bandbreite der Biogas-BHKWs in der Region Ausarbeitung von Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Energieeffizienz durch Mini-ORC-Anlagen Seite 17

18 durch Mini-ORC Projekt 5 im Regionalentwicklungskonzept der Bioenergieregion Bayreuth Wir wünschen uns: Mitwirkung bei der Bestandsaufnahme Interesse an einer etwaigen Realisierung der Nachverstromung mit ORC Wir bieten: Technisch-ökonomische Bewertung der Abwärme-Nachverstromung für BHKWs in der Region Präsentation von Projektergebnissen und Demonstrationsanlage im Rahmen einer Infoveranstaltung durch Mini-ORC-Anlagen Seite 18

19 Zusammenfassung Umfassendes Wärmenutzungskonzept für Biogas-BHKWs beste Lösung, oft aber nur sehr eingeschränkt realisierbar ORC in einigen Anwendungsbereichen bereits bewährt, bei Abwärme-Verstromung noch beträchtliches Entwicklungspotenzial ZET / LTTT arbeitet mit kompetenten Partnern an der Weiterentwicklung von ORC-Anlagen Downscaling, Effizienzverbesserung und technologische Vereinfachungen sind dabei wesentliche Ansatzpunkte Mit dem Projekt durch Mini-ORC im Regionalentwicklungskonzept wird die Bioenergieregion Bayreuth von aktuellen FuE-Arbeiten zeitnah profitieren durch Mini-ORC-Anlagen Seite 19

20 Mitwirkung und Beiträge zur Präsentation ZET / LTTT Theresa Weith M.Sc. Dipl.-Ing. Markus Preißinger Dipl.-Ing. Florian Heberle Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann HAW Prof. Dr.-Ing. Andreas Weiß Deprag Schulz GmbH & Co. Gerd Zinn durch Mini-ORC-Anlagen Seite 20

21 Vielen Dank Dr.-Ing. Andreas Obermeier