PowerTherm. PowerTherm Das modulierende BHKW

Transkript

1 PowerTherm Das modulierende BHKW

2 Inhalt Vorstellung der Firma Spilling Vorstellung des PowerTherm BHKW Vorteile der Drehzahlmodulation Anlagendynamik

3 Spilling Energie Systeme GmbH Daten & Fakten Eigentümer geführter mittelständischer Energieanlagen Hersteller Stammhaus gegründet 1890 (Instandsetzung Schiffsmaschinen) Seit den 1920ern Jahren Bau eigener Dampfmotoren Seit %ige Tochter der MITURBO Umwelttechnik Eigentümer Herr Mieth Produkte: Blockheizkraftwerk (BHKW) PowerTherm (20kW el) Anlagenbau Dampfmotoren ( kW) Anlagenbau Dampfturbinen ( kW) Anlagenbau Gasexpansionsmotoren ( kW) Anlagenbau Dampfkompressor ( kw)

4 Spilling im Hamburger Freihafen Spilling

5 Geschäftsbereiche Spilling Energie Systeme GmbH BHKW PowerTherm Dampfkraftanlagen 20kW Erdgas Flüssiggas Biogas Klärgas Heizöl Motor 100 bis 1.500kW Dampfexpansion Gasexpansion Dampfkompression Dampfturbine 100 bis 5.000kW Einstufig Mehrstufig

6 Dampfkraftanlagen Motor Dampfmotor Beispiel 700kW Holzresteverstromung im Kongo Gasexpansion Beispiel 850kW Erdgasexpansion in Italien Dampfkompression Beispiel Dampfkompressor für Einspritzung in Brennkammer einer Gasturbine zur NOx- Verminderung in Katar

7 Dampfkraftanlagen Turbine Einstufig Beispiel 1.250kW Abhitzenutzung in Pakistan Mehrstufig Beispiel 2.000kW Holzhackschnitzelverstromung in Polen Einstufig Beispiel 350kW Prozessdampfnutzung in Deutschland

8 Kennzahlen Geschäftsjahr Mio. Euro Umsatz 60 Mitarbeiter Exportanteil über 50% 20 Vertriebspartner in Deutschland 15 Vertriebspartner weltweit

9 Die Entwicklung des PowerTherm Beginn der Entwicklung 1997 durch die Fa. MITURBO. Zunächst wurde an einer Mikrogasturbine gearbeitet. Problem: thermische Beanspruchung der Schaufeln Antrieb durch einen Industrie Kolbenmotor realisiert Ergebnis: Das drehzahlmodulierende BHKW PowerTherm

10 Das PowerTherm weist eine hohe Brennstoffeffizienz auf: im gesamten weiten Regelbereich liegt der Wirkungsgrad bei 88 bis 91 %, bezogen auf Hu. Brennstoff 71 kw elektrische Leistung 20 kw ~ 28 % bis zu 91% Gesamtwirkungsgrad thermische Leistung 43 kw ~ 61 % Option: Brennwert-Wärmetauscher mit bis zu 6 kw th

11 BHKW Vergleich PowerTherm mit Festdrehzahl BHKW: Das PowerTherm weist in jedem Arbeitspunkt den gleichen, hohen elektrischen Wirkungsgrad auf elektrischer Wirkungsgrad 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Elektrischer Wirkungsgrad im Regelbereich verschiedener BHKW s PowerTherm Fest-Drehzahl BHKW s 0, Regelbereich thermisch (absolut) in kw Vorteil der Leistungsanpassung über Drehzahl-Veränderung: konstanter elektrischer Wirkungsgrad, hoher Stromertrag

12 Der Nutzen der Leistungsmodulation des PowerTherm: Bei schwankender Wärmelast (für Heizung/ Warmwasser/ Prozeßwärme) deckt das BHKW viele Betriebszustände ab und läuft ohne zu Takten bedarfsgerecht mit den Tageszeit- und Jahreszeit-abhängigen Schwankungen mit: Höhere Laufzeit mehr Stromertrag. Objekt 300 kw Kessel MWh Mittelwerte Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez PowerTherm max: 43 kw *30 Tage/Monat *24 Stunden /Tag: MWh pro Monat: Volllaststunden hier 7 Monate = Bh PowerTherm min: 10 kw *30 Tage/Monat*24 h/tag MWh pro Monat: Teillaststunden: hier 5 Monate = Bh

13 Die elektrische Leistungsübertragung Generator annähernd konstanter Strom variable Spannung 110 V 340 V variable Frequenz Rückspeiseeinheit Gleichrichter Hochsetzsteller Wechselrichter Kombifilter wandelt den Generatorstrom in Gleichstrom um erhöht die Generatorspannung auf konstant 580 V wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Synchronisation auf das Netz η = 97 %, cos ϕ = 1 Einspeisung erfolgt mit einer geringen Spannungserhöhung Beseitigung von EMV Störungen Beseitigung von Oberwellen Glättung des Sinus

14 Der konstante elektrische Wirkungsgrad im Teillastbereich wird erzielt durch einen konstanten Kolbenmitteldruck im Gasmotor Motorleistung Generatorleistung Mechanische Leistung elektrische Leistung Drehzahl * Drehmoment Strom * Spannung Drehzahl * Drehmoment Strom * Spannung

15 Wirtschaftliche Vorteile des PowerTherm durch die Drehzahlmodulation - Konstanter elektrischer Wirkungsgrad im Teillastbereich. => größerer Stromertrag - Großer Modulationsbereich, daraus resultieren kontinuierlicher Aggregatelauf mit einer hohen Jahreslaufleistung. => größerer Stromertrag und längere Motorlebensdauer - Gasmotor kann im Magerbetrieb (Lambda 1,5) betrieben werden, da das PowerTherm nicht an die Festdrehzahl von /min gebunden ist. => längere Motorlebensdauer - Sehr kompakte Bauweise, da mit einem 2,2 Liter Gasmotor die Leistung von 20 kw el im Magerbetrieb erzielt werden => Reduzierung des Platzbedarfs

16 Anlagendynamik des PowerTherm Volllasteinspeisung Zeit bis zur Volllasteinspeisung aus Kaltstart: 20 min. Zeit bis zur Volllasteinspeisung aus Warmstart: 10 min. Bei Bedarf Reduzierung der Zeiten möglich: Optimierung Kaltstart: ca. 3 min. Optimierung Warmstart: < 1 min. Laständerungsdynamik im Betrieb von P min auf P max ca. 2 min. Bei Bedarf Reduzierung der Zeiten möglich: ca. 10 sec Meßgenauigkeit der verwendeten Netzüberwachung Netzspannungsüberwachung von U N (325 bis 450V), Abschaltung außerhalb der Grenzwerte < 20 ms, auch bei einphasigem Netzausfall Drehfeldüberwachung Überstromüberwachung, Regelung bei 110% (Reduzierung des Generator Stroms), Abschaltung bei 120 %