Optimierungspotenziale für Biomasse-KWK-Anlagen

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1 Performance schwankungsarm Emissionen effizient Optimierungspotenziale für Biomasse-KWK-Anlagen S. Koppatz / B. Kronberger VOIGT +WIPP Industrial Research VOIGT+WIPP Engineers 20. Jänner Mitteleuropäische Biomassekonferenz, Graz 1

2 Unternehmenseinblick Das Unternehmen Aktuell ~35 Mitarbeiter in der Holding Mit technischen Experten aus den Bereichen: Verfahrenstechnik Regelungstechnik Automatisierung (Systemdesign, Programmanalyse WIPP Holding 100 % VOIGT+WIPP Engineers GmbH 100 % VOIGT+WIPP Industrial Research GmbH ZT WIPP Energie & Verfahrenstechnik Advanced Process Control Process IT (PIT) außeruniversitäre Forschungseinrichtung Topologieerstellung,, ) Prozesssimulation (dynamische,- physikalische 100 % VOIGT+WIPP Energy & Environment GmbH Engineering Modellbildung, Black-Box Identifikation ) Sicherheit (HAZOP, Explosionsschutz, ) 50% ÖKO Energiemanagement Planung und Betriebs GmbH Planung und Softwareentwicklung VOIGT+WIPP Engineers GmbH (gegründet 2007) EVT RAD SLC PIT AAD 80 % ALM Automation GmbH Automatisierung und IBN organisatorische Darstellung rechtliche Darstellung

3 Unternehmenseinblick Leistungen im Bereich Biomasseanlagen: Potenzialanalysen von Energieanlagen Technische und ökonomische Bewertung von Verbesserungsmöglichkeiten Ausarbeitung von Zukunftsstrategien Anlagengesamtkonzepte zur Optimierung Entwurf und Umsetzung von Regelungskonzepten zur Anlagenoptimierung Planung verfahrenstechnischer Anlagen Automatisierungstechnik (z.b. Refit von Biomasseanlagen) Allgemeine Consultingleistungen und Beratung von Heiz(kraft)werken bei technischen und betrieblichen Fragen

4 Top Themen Allgemeine Ziele der Optimierung Wo liegen die Potenziale bei der technische Optimierung? gesetzlich, behördliche Vorschriften Arbeitnehmerschutz betrieblichwirtschaftliche Ziele Einhaltung der Emissionen Verbesserung des Betriebsergebnisses Anlagensicherheit Steigerung der Gesamteffizienz Steigerung des Automatisierungsg rades Grundlagen für vorbeugende oder zukunftsorientierte Wartung und Instandhaltung Abb.: typische Kostenstruktur Biomasseheizwerk, [1] Ein Großteil der Wärmegestehungskosten entfällt auf den Brennstoffeinsatz Biomasse [1] Kostenstruktur der Salzburger Heizwerke 2013, Quelle: Dr. G. Löffler

5 Top Themen der Optimierung Typische Ziele bei der Optimierung von Biomasse-KWK-Anlagen Biomassekesselanlage Spitzenlastkessel ORC-Modul, Dampfturbine Fernwärmenetz Steigerung Kesselwirkungsgrad Reduktion der Emissionen Minimierung spezifischer Brennstoffverbrauch Minimierung Eigenstrombedarf Steigerung Reglerperformance Minimierung der Betriebszeiten mit Spitzenlastkessel Minimierung des Anteils des Spitzenlastkessels an der Wärmegestehung maximale Auslastung der Anlagentechnik, maximaler Wirkungsgrad Maximierung der Stromerzeugung Reduktion der Netzverluste Optimale Vorlauftempera tur, minimale Rücklauftemperatur

6 Optimierung Reduktion der Emissionen Herausforderungen: Überschreitung der Emissionsgrenzwerte (z.b. CO) Vermeidung von Emissionsspitzen Emissionsarmer Anlagenbetrieb Maßnahmen (regelungstechnische): stabile Einhaltung der Kriterien für einen gesicherten Ausbrand und ungestörten Verbrennungsablauf (Temperatur, O2- Gehalt, Feuerlage) Reduktion von Prozessschwingungen

7 Ca 5 % Reduktion Abgasverlust Optimierung Kesselanlage Herausforderung: Steigerung des Kesselwirkungsgrads Optimierungsmaßnahmen: Reduktion der Abgasverluste Reduktion O2-Gehalt

8 Optimierung Reglerperformance Herausforderungen: Reduktion von Prozessschwingungen Opztimierungsmaßnahmen: Optimierung der Automatisierung und Reglertuning Feuerleistungsregelung (3MW) bei ca. 50% Nennlast Blau (24h): Restsauerstoffgehalt im Abgas

9 Optimierung Reglerperformance Reduzierung von Dampfdruck- und FRT-Schwankungen Dampfdruck Aktivierung der optimierten Biomassekesselregelung 9 9

10 Optimierung Zusammenfassung Reduktion des Biomasseverbrauchs bei gleicher Leistungsabgabe Einhaltung der Emissionsgrenzwerte Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit Vermeidung von Störungen Erhöhung der Reisezeit Reduktion der Anlagenabnutzung Senkung des Eigenenergieverbrauchs Reduktion des fossilen Spitzenlasteinsatzes Volllaststabilität Verringerung lastabhängiger Schwingungen Steigerung der Regelperformance (schnelle Reaktion auf Laständerungen)

11 11 VOIGT + WIPP Feuerleistungsregelung VOIGT+WIPP Produkte im Bereich Feuerleistungsregelung für Biomasseanlagen BCS BiomassControlSolution: Feuerungs- und Kesselregelung für Biomasseanlagen bis 100 MW th BCS compact : Feuerungs- und Kesselregelung für Biomasseanlagen (Warmwasser < 5 MW th ) Implementierung in der Bestandsanlage Plattformunabhängig

12 12 Praxisbeispiel Gesamtoptimierung BCS Feuerleistungsregelung (2 MW Kessel) Ergebnisse der Optimierungsmaßnahmen im Zuge der Modernisierung der EMSR und Einsatz einer neuen Feuerleistungsregelung: Verringerung des Eigenstromverbrauchs um ca. 17% Steigerung der Kesselwirkungsgrade um 4,9% (2 MW Kessel) und 7,6% (3 MW Kessel) 6% höhere Energieausbeute aus dem Brennstoff Optimierte Verbrennung und minimale Emissionen, stabile Kesselfahrweise Minimierung des Spitzenlastanteils auf < 1 % an der jährlichen Wärmegestehung, Erhöhung des Anlagennutzungsgrades weitere Informationen unter: Heizwerk Bramberg Salzburg AG

13 13 Praxisbeispiel Gesamtoptimierung BCS Feuerleistungsregelung (2 MW Kessel) Feuerraumtemperatur Trend über 24 h (1-Min-Mittelwerte) Feuerraumunterdruck Trend über 24 h (1-Min-Mittelwerte) Kesselleistung Trend über 48 h (1-Min-Mittelwerte)

14 14 Praxisbeispiel Gesamtoptimierung BCS Feuerleistungsregelung (2 MW Kessel) Vorlauftemperatur Sollwert Vorlauftemperatur Feuerraumtemperatur (SW 950 C) Rücklauftemperatur *) Kesselleistung O 2 -Gehalt Kesseldurchfluss Feuerraumunterdruck Darstellung ausgewählter Prozessgrößen über 24 Stunden als 1-Min Mittelwerte *) Rücklauftemperatur beeinflusst durch starke Schwankungen auf der Verbraucherseite

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen! Stefan Koppatz VOIGT+WIPP Engineers GmbH Märzstraße 120 A-1150 Wien Website: Telefon: