Biomasse-Heizkraftwerke und Anlagen zur Vergasung von Biomasse: Konzepte zur flexiblen Fahrweise und Auswirkungen auf Anlageneffizienz

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1 Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht Biomasse-Heizkraftwerke und Anlagen zur Vergasung von Biomasse: Konzepte zur flexiblen Fahrweise und Auswirkungen auf Anlageneffizienz Workshop Flexible energetische Biomasse Nutzung und das EEG 2014, Marcel Beirow, Heiko Dieter

2 Hintergrund Notwendigkeit eines flexiblen Kraftwerksbetriebs aufgrund stark fluktuierender Erneuerbarer Energien Wie können Biomasseanlagen unter diesen Rahmenbedingungen wirtschaftlich betrieben werden? Steigerung der Anlagenrentabilität: Brennstoffflexibilität Flexible Strom- und Wärmeerzeugung Teilnahme am Regelenergiemarkt Polygeneration (Strom, Wärme und Gas) 2

3 Anlagentechnische Flexibilität von Heizkraftwerken Rostfeuerung Wirbelschichtfeuerung Feuerung Dampferzeugung Stromerzeugung Feuerung Dampferzeugung Stromerzeugung Flexibilität gering mittel hoch Flexibilität mittel mittel hoch Wärme Wärme Strom Strom 3

4 Anlagentechnische Auswirkung durch Flexibilitätssteigerung Rostfeuerung und Wirbelschichtfeuerung im stromgeführten KWK-Betrieb Feuerung Dampferzeuger Turbine Flexibilität gering / mittel mittel hoch Strompreis (Steuersignal) Volllast Erzeugte el. Leistung Teillast Zeit Anlagenverschleiß durch Laständerungen in Feuerung und Dampferzeuger Erhöhte Korrosion (z.b. an kalten Anlagenkomponenten) Erhöhte Verschmutzung (z.b. durch ungünstige Strömungsformen) Erhöhte Bauteilermüdung durch Wärmespannungen in Bauteilen (Lastwechsel) 4

5 steilere Lastgradienten bessere Werkstoffe Auswirkungen von Anzahl und Größe der Laständerungen häufigere Laständerungen Quelle: Werkstoffkunde für Ingenieure: Grundlagen, Anwendung, Prüfung / von Eberhard Roos, Karl Maile 5

6 Brennstoffflexibilität von Heizkraftwerken Stroh Landschaftspflege Altholz Klärschlamm Waldrestholz Gärreste Quelle: FNR Quelle: bruening-gruppe.de Quelle: stratmann.de Quelle: beilngries.de Quelle: FNR/Dr. H. Hansen Quelle: juwi.de (Ramstein) Verwendung verschiedener günstiger Brennstoffe Jahreszeitliche Verfügbarkeit Günstige Beschaffungspreise Brennstoffbedingte Auswirkung auf Anlagentechnik Dosierung Ascheverhalten Variierende Heizwerte Störkomponenten Werkstoffe Korrosion 6

7 Flexibilität durch Wärmespeicherung Rostfeuerung und Wirbelschichtfeuerung im stromgeführten KWK-Betrieb Feuerung Dampferzeuger Turbine Flexibilität gering / mittel mittel hoch Dampfnutzung während Laständerung Speicher Vorhandene Wärmenetze Wasser-Pufferspeicher (Tag/Nacht, Wochenende) Dampfspeicher Feststoffspeicher: Beton ( C, ca. 50 kwh/m³) Sand ( C, ca. 70 kwh/m³) KWK-Anlagen: Wärmespeicher sind sinnvoll Stromspeicherung ist limitiert 7

8 Gasmotor Flexibilisierung durch Polygeneration Vergasung Polygeneration Synthesegas Methanisierung Fischer- Tropsch Flüssige Brennstoffe SNG Wärme Strom ORC zeitlich entkoppelt Dezentrale Anlagen Bedarfsabhängige Wechsel zwischen Betriebsarten: Strom, Wärme und Flüssige/Gasförmige Energieträger 8

9 Betriebsarten des Vergasers Vergasung SNG-Betrieb Wechsel Betriebsart Direktverstromung Teillast Stromseitige Flexibilisierung durch Betriebswechsel Schonung von Biomasse durch Teillast-SNG-Betrieb 9

10 Schlussfolgerungen Flexibilisierung von Heizkraftwerken durch: Betriebsweise/Lastwechsel Brennstoff Wärmespeicher Limitierungen vorhanden Vergasung sehr interessant für zukünftige Flexibilisierung (Polygeneration-Konzept) Notwendige Anreize: Vergütung von flexibler Stromerzeugung zur wirtschaftlichen Darstellung von Speichern Einspeisevergütung von SNG aus Vergaseranlagen in das Erdgasnetz 10

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Projekt: BioenergieFlex Förderung durch: Land Baden-Württemberg (Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft) Im Programm: Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherheit (BWPLUS) Projektpartner: Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) Stadtwerke Schwäbisch Hall Ingenieurbüro Schuler (IBS) Staatliche Biogasberatung, Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg Kontakt: M.Sc. Marcel Beirow Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik Universität Stuttgart 11