Biomasse KWK mit einem Dampf Schraubenmotor

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1 Biomasse KWK mit einem Dampf Schraubenmotor Dipl.-Ing (FH) Mathias Lorenz Köhler&Ziegler Anlagentechnik GmbH Auweg 10c Lollar 06406/ Wartenberg - Oval 11. Mai 2006 Stand:Mai 2006

2 Übersicht Vorstellung Köhler & Ziegler Rahmenbedingungen für Biomassenutzung Warum Kraft-Wärme-Kopplung Grunds. technische Möglichkeiten Dampf-Schraubenmotor (DSM) Innovation ORC - Technologie mit DSM jeweils begleitend: DSM-Projekt Hartberg / Österreich

3 Köhler & Ziegler GmbH Umsatz (Mio. ) 10 Produktionsfläche (m²): Beschäftigte: 58 (davon Auszubildende / Praktikanten): 6 Leistung (Summe aller Module in kw el ): Anzahl der BHKW-Module (hergestellt ab 1981): 489 gegründet: 1983 (nach Bau einer Pilotanlage im Jahr 1981) Qualitäts- und Umweltmanagementsystem Zertifiziert gem. DIN EN ISO und Stand:Mai 2006

4 Produktübersicht Gasmotor-BlockHeizKraftWerke: für Erdgas kw (el) für Bio- / Klärgas kw (el) Schraubenmotor - BHKW BHKW - Netzersatzanlagen nach VDE 0107 / 0108 Gasreinigung - Entschwefelung - Siloxanentfernung - Green Gas Technologie Inspektion & Wartung & Instandsetzung

5 BHKW-Kompaktmodul Kompaktmodul Komplett mit: Wärmetauschern Pumpen Überwachung Schaltanlage Netzstartgerät / Batterie Schmierölvorrat Zu- und Abluft tlw. Abgasschalldämpfer Schalldämmung Schwingungsentkopplung

6 All in one Container Schmack Biogas

7 Biogas- Oxyd - Entschwefelung FRIWEIKA

8 Biomasse Wodurch Ein Brennstoffverbrauch intelligentes entsteht System der und gewünschte bezieht Technik Nutzen? Ausfälle sind kein und Selbstzweck Spitzen mit! ein Sonne Wasser Kraftwerke Strom NUTZEN! Wind Gase Biomasse KWK Warmwasser Sicherheit Öl Kohle Heizkessel Dampf NUTZEN

9 Biomassepotenzial Quelle: Süddeutsche

10 Biomassepotenzial Quelle: Süddeutsche

11 Brennstoffe, Technologien Primärenergie gasförmig fest, trocken feucht, flüssig Verbrennung Warmwasser Warmluft Dampf Kolbenm., Turbine, Schraubenmotor Vergasung (Wirbelschicht, Festbett, Flugstrom, CarboV) (Abhitze-) Kessel Gärung / Vergasung Gasmotor Gasturbine Wärme Strom Wärme Strom

12 Holz: Brennstoff-Umrechnungen 1 Festmeter (fm) Holz ergeben: Nadelholz (Fi/Ta) Laubholz (Buche) 1,43 Raummeter (rm, Ster ) 2,43 Schüttkubikmeter (Sm³) Hackschnitzel 420 kg atro 600 kg atro Lagerung Transport 500 kg lutro (20 % Feuchte) 700 kg lutro (20 % Feuchte) kwh (15 % Feuchte) kwh (15 % Feuchte) Energie nach: MARUTZKI / SEEGRER 1999

13 Biomassekraftwerk Hartberg Brennstofflager Brennstofflager und Kamin Quelle: BIOS / VITIS

14 Effekte der Biomassenutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Einsparung fossiler Energieträger bei der Strom- und Wärmegewinnung Vermeiden zusätzlicher Emissionen (CO 2 ) Zusätzliche Wertschöpfung und Bewahrung von Arbeitsplätzen in der jeweiligen Region Umwandeln klimaschädlicher Gase (Methan) - nur bei Bio-, Klär und Deponiegas

15 Kraft-Wärme-Kopplung - Auslegung Jahresdauerlinie Hartberg / Österreich Quelle: BIOS / VITIS

16 Dampfprozeß - Auslegung T 5-6 überhitzter Dampf 4-6 Sattdampf 3-6 Naßdampf 2-6 Heißwasser unter Druck Mögliche Entspannungsvarianten des DSM-Prozesses s Quelle: BIOS / VITIS

17 Dampf-Schraubenmotoren (DSM) Besondere Eigenschaften bewährte Technik (Schraubenverdichter) effizienter Gesamtprozess durch KWK Nutzung von Biomasse und anderen Energieträgern Einkopplung in vorhandenen Dampfkreisläufe möglich Verwendung von Satt- und Nassdampf, dadurch kostengünstige Dampferzeuger einfacher Aufbau (einfacher als Hubkolbenmotor), dadurch geringer Platzbedarf, robust und unempfindlich, auch gegen Druckschwankungen und Tropfen im Dampf

18 Dampf-Schraubenmotor - Querschnitt

19 Dampf-Schraubenmotor - Längsschn. Quelle: BIOS / VITIS

20 Dampf-Schraubenmotor 3-D Quelle: BIOS / VITIS

21 Dampf-Schraubenmotor-BHKW Schema Schraubenmotor G Generator Dampferzeuger Kondensator Speisewasserpumpe Biomasse Nass-, Sattdampf, überhitzter Dampf, oder Gase bei 5-16 bar C kg/h Fernwärme Speisewasserbehälter

22 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Prüfstand in Lollar, Test mit Druckluft

23 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Einbringung des DSM-Moduls Quelle: BIOS / VITIS

24 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Kondensator Quelle: BIOS / VITIS

25 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Niederdruck- Hochdruckstufe Getriebe Generator DSM-Modul nach Montage im Maschinenhaus Quelle: BIOS / VITIS

26 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Projektdaten Kessel: 18 MW / kpa (32 bar Ü ) DSM-Modul: Dampf-Eintritt kw (8,1 t/h) bei 255 C / kpa Nennleistung el: 730 kw (brutto) Nutzwärme (Kond.): kw Dampf-Austritt mit C bei kpa Kosten KWK-Modul inkl. Einbindung: Quelle: BIOS / VITIS

27 Biomasseheizkraftwerk Hartberg Betriebserfahrung 2005 Produzierte elektrische Arbeit 3,029 Mio kwh Heizwärme über Kondensator 22,2 Mio kwh Maximale elektrische Leistung 810 kw Jahresvollaststunden ca Betriebsstunden > 6000 in 2005 Gesamtlaufzeit > Bh kein Ölwechsel seit IBN erforderlich keine relevanten Störungen

28 ORC??? O Organic R Rankine C Cycle Rankine scher Kreisprozeß, der mit einem organischen Medium betrieben wird. Nutzung von Wärme mit geringer Temperatur möglich Rankine: Schottischer Professor, der um 1850 den sogenannten Rankine - Kreisprozeß mit Wasser als Arbeitsmedium beschrieb, mit dem ca. 90% des Strombedarfes der BRD gedeckt werden. Brennstoffe sind meist fossile und nukleare Brennstoffe, selten Biomasse.

29 Abwärmenutzung für Biogasanlagen Innovation ORC Technologie mit DSM Biomasse Biogas 100% Abwärme 10% Fermenter BHKW Nutzwärme 50% el. Energie 40% In der Praxis wird der Großteil der Nutzwärme in Tischkühlern vernichtet!

30 Rahmenbedingungen für ORC - Technologie EEG Wärmeabnehmer vor Ort? KWK-Bonus Standort Kühlung ORC elektrischer Wirkungsgrad Wirtschaftlichkeit Eigenbedarf Fermenterheizung

31 Rahmenbedingungen für ORC - Technologie Biogas 1587 kw Verlust 211 kw Fermenter 160 kw SY 640 GSMTLe Wärme 736 kw ORC 576 kw Strom 640 kw Strom 60 kw Rückkühlung 516 kw

32 Innovation ORC - Technologie mit DSM ORC - Technologie von Köhler & Ziegler - Nutzung von Abwärme auch von niederer Temperatur möglich (T<95 C) - Schulmäßiger ORC - Robuste, bewährte Technik - Keine sinnlose Wärmeverschwendung mehr - Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades für die Gesamtanlage

33 Ausblick Technisch ist vieles denkbar! Praktisch jede Abwärme kann in elektrische Energie gewandelt werden!

34 Danke für Ihr Interesse! Mathias Lorenz Köhler & Ziegler Anlagentechnik GmbH Auweg 10 c D Lollar Tel.: Fax: info@koehler-ziegler.de