Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke

Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke Rolf Michler 1 Basiskonzept...721 2. Potentiale zur Steigerung der Effizienz...724 2.1. Wärmezufuhr bei möglichst hohen Temperaturen...724 2.2. Kondensation bei möglichst tiefen Temperaturen...726 2.3. Hoher interner Wärmetausch...726 2.4. Weitere Potentiale...727 2.5. Bewertung...728 3. Anlagenkonzept für hohe Gesamteffizienz...728 4. Zusammenfassung...730 5. Referenzen/Quellen...730 Biomasse Kraftwerke werden für die Bereitstellung von Heizwärme, für die reine Stromerzeugung und mit Kraft-/Wärmekopplung eingesetzt. Aufgrund der Verfügbarkeit des Brennstoffs und der Förderbedingungen ist die Leistungsgröße üblicherweise beschränkt auf etwa 50 60 MW th und 20 MW el. Durch steigende Brennstoffkosten und Vergütungen wachsen die Anforderungen an die Effizienz bei der Stromerzeugung. Es kommen dabei Verfahren zum Einsatz, die bisher Anlagen mit Leistungen der 100 MW el Klasse vorbehalten waren. Es werden gestufte Möglichkeiten zu Effizienzsteigerungen aufgezeigt und wirtschaftlich bewertet. Es wird bewertet, inwieweit die Lösungen auch für Anlagen mit Prozesswärmeauskopplung geeignet sind. Alle vorgestellten Lösungen sind in Kraftwerken größerer Leistungen realisiert und haben sich dort bewährt. In allen Fällen steigt die Komplexität der Anlage. Die Auswirkungen auf die Anlagenkonzeption, Ausführung von Komponenten, Regelverhalten, Eigenverbrauch und die Nachrüstbarkeit werden diskutiert und bewertet. 1. Basiskonzept Anforderungen nach einer möglichst kostengünstigen Lösung für Biomasse Kraftwerke ergaben sich in der Vergangenheit zum Beispiel bei der Verbrennung von Altholz. Der Brennstoff war im Vergleich zu Frischholz günstig zu bekommen, die Leistung entsprechend EEG auf 20 MW el beschränkt. Das sich daraus ergebende Anlagenkonzept ist in Abbildung 1 dargestellt, [1]. 721

Rolf Michler Das im Folgenden beschriebene Basiskonzept soll die grundlegenden Aspekte eines Biomassekraftwerks nur so weit beschreiben um später für weitere Optimierungen herangezogen zu werden. 470 / 510 C Frischdampf Prozessdampf Biomasse Abgas Dampfturbine Generator 130 C Aufgabe-Gebläse 100 C 160 C Filter Saugzug Speisewasser Behälter Kondensator Primärluft-Gebläse DampfluVo Speisewasser NDV 1 Sekundärluft-Gebläse Abb. 1: Biomassekraftwerk Basiskonzept Altholz ist in die Klassen I IV eingeteilt und wird in der Regel als Mischbrennstoff eingesetzt. Die Heizwerte sind aufgrund des geringen Feuchtegehalts deutlich höher als zum Beispiel bei Frischholz. Die Verunreinigungen durch Störstoffe (z.b. Sand, Aluminium, Kunststoff) und Reste von Beschichtungen führen zu einem nicht zu vernachlässigenden abrasiven und korrosiven Verhalten und zu Verschlackungen [2]. Das Feuerungssystem für Altholz wie auch für Frischholz besteht typischerweise aus einem Wanderrost mit einer Beschickung über einen Blastisch (pneumatische Wurfbeschickung). Die Rostfeuerung ist ein bewährtes System mit hoher Verfügbarkeit und breitem Brennstoffband. Alternative Ausführungen des Feuerungssystems sind möglich, zum Beispiel mit Vorschubrost oder Wirbelschichtfeuerungen, verbunden mit höheren Investitionskosten. Der Dampferzeuger arbeitet im Naturumlauf mit mehreren Überhitzerstufen und nachgeschaltetem Economiser. Zusätzlich ist ein Dampf-Luftvorwärmer vorgesehen. Die Zünd- und Stützfeuerung erfolgt mit Heizöl oder Erdgas. Die Frischdampftemperaturen liegen bei Altholz bei etwa 470 C und bei naturbelassener Biomasse bei etwa 500 bis 525 C. Die Beschränkungen resultieren aus dem Korrosionsverhalten an den Überhitzern. Die Speisewassertemperatur liegt bei 130 C und erlaubt damit eine Abgastemperatur von 150 bis 160 C, die durch den Taupunkt des Rauchgases nach unten begrenzt wird. Bei der Verbrennung von Altholz basiert die nachgeschaltete Rauchgasreinigung üblicherweise auf Verfahren, die auch hinter Abfallverbrennungsanlagen üblich sind 722

Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke und den Emissionsanforderungen der 17. BImSchV genügen. Es haben sich dabei quasi trockene Verfahren durchgesetzt. Für naturbelassenes Frischholz genügt je nach Emissionsanforderungen ein Elektrofilter oder ein Schlauchfilter. Der Frischdampf wird in einer Dampfturbine entspannt und in einem luftgekühlten Kondensator kondensiert. Der Abdampfdruck liegt bei der Auslegungstemperatur typischerweise bei 100 mbar. Die Vorwärmung des Kondensats auf 130 C erfolgt in zwei Stufen über einen Niederdruck Vorwärmer und den Speisewasserbehälter, der gleichzeitig zur Entgasung verwendet wird. Die Dampfturbine ist als eingehäusige, mehrstufige Industrieturbine ausgeführt mit ungeregelten Anzapfungen für den Vorwärmer und den Speisewasserbehälter. Der Abdampfteil ist in der Regel durch die Gehäusegröße der Dampfturbinenbaureihe vorgegeben. Zur Ausschöpfung der maximalen Förderung nach EEG basiert das Grundkonzept auf einer vollständigen Verstromung. Für eine maximale Ausbeute wird der Niederdruckteil der Dampfturbine so gewählt, dass die Auslassverluste möglichst gering sind. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die wichtigsten Leistungsdaten zusammengefasst. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Altholz und Frischholz (naturbelassene Biomasse) ergeben sich in der möglichen Frischdampftemperatur und dem damit erreichbaren Wirkungsgrad. Der elektrische Eigenbedarf ist mit Frischholz größer aufgrund des höheren Feuchtegehalts im Brennstoff und der dadurch größeren Rauchgasmenge. Tab. 1: Leistungsdaten Biomassekraftwerk (Basiskonzept) Parameter Einheit Altholz Frischholz Brennstoff Altholz Mix 50 % Pellets, 50 % Waldrestholz Brennstoff H u kj/kg 16.500 12.700 Feuerungswärmeleistung kj/s 64.800 63.850 Abgastemperatur C 160 160 Verbrennungsluftvorwärmung C 100 100 Kesselwirkungsgrad H u % 92,0 91,4 Frischdampfdruck DT bar 70 90 Frischdampftemperatur DT C 470 510 Frischdampfmenge t/h 77,3 73,7 Speisewassertemperatur C 130 130 Kondensationsdruck bar 0,100 0,100 elektrische Leistung Brutto kw 20.000 20.000 elektrischer Eigenbedarf kw 1.400 1.500 Gesamtwirkungsgrad Brutto % 30,8 31,3 Gesamtwirkungsgrad Netto % 28,6 29,1 Die höhere Feuerungswärmeleistung für Altholz resultiert aus der niedrigeren Frischdampftemperatur im Vergleich zu Frischholz. 723

Rolf Michler Bei dem betrachteten Grundkonzept wurde für beide Brennstoffe von der gleichen Abgastemperatur ausgegangen. Der Kesselwirkungsgrad wurde als Verhältnis der aufgenommen Wärme Frischdampf/ Speisewasser zum Brennstoff-Input (Feuerungswärmeleistung) auf Basis des unteren Heizwerts H u ermittelt. 2. Potentiale zur Steigerung der Effizienz Im Nachfolgenden werden thermodynamische Potentiale zur Steigerung der Effizienz des Clausius-Rankine-Prozesses diskutiert und hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bewertet. 2.1. Wärmezufuhr bei möglichst hohen Temperaturen Der thermische Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses mit η = 1 T min T max wird umso größer, je höher die mittlere Wärmezufuhr liegt. Für den Wasser-/Dampfkreislauf sind die möglichen Stellschrauben die Frischdampftemperatur und eine Zwischenüberhitzung; auf der Verbrennungsseite wird dies durch Vorwärmung der Verbrennungsluft erreicht. Frischdampftemperatur Die Frischdampftemperaturen liegen bei Altholz bei etwa 470 C und bei naturbelassener Biomasse bei etwa 500 bis 525 C. Beschränkungen resultieren aus dem Korrosionsverhalten an den Überhitzern. Solange diese Grenzen nicht erreicht sind, ist ein deutliches Potential für eine Wirkungsgradsteigerung vorhanden (Tabelle 2) bei moderaten zusätzlichen Kosten. Auswirkungen ergeben sich bei den Werkstoffen/ Wandstärken und der Frischdampfmenge. Insofern empfiehlt es sich hier, die Grenzen weitestgehend auszunutzen. Moderne Industrieturbinen erlauben Frischdampftemperaturen im genannten Bereich und z.t. darüber. Mit anderen Feuerungssystemen, z.b. der zirkulierenden Wirbelschicht, sind Bauart-bedingt höhere Frischdampftemperaturen möglich und ermöglichen eine deutliche Steigerung des Netto-Wirkungsgrades, verbunden mit erheblich höheren Kosten. Frischdampfdruck Der Frischdampfdruck sollte so gewählt werden, dass die Entspannung in der Dampfturbine im Rahmen der zulässigen Nässe bleibt und ist damit abhängig von dem Abdampfdruck. Mit steigendem Druck sinkt der Volumenstrom in der Dampfturbine, was für den Dampfturbinenwirkungsgrad eher abträglich ist wegen der geringeren Schaufelhöhen. Mit steigender Frischdampftemperatur kann der Frischdampfdruck bei gleicher Entropie leicht erhöht werden. 724

Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke Zwischenüberhitzung Bei Dampfkraftprozessen besteht die Gefahr, durch die Expansion in der Dampfturbine in das Nassdampfgebiet zu gelangen. Dem kann man durch eine Zwischenüberhitzung entgehen. Bei großen Dampfkraftwerken kommt man in diese Problematik mit einem wassergekühlten Kondensator und Durchlaufkühlung, wenn die Abdampfdrücke bei 30 bis 40 mbar liegen. Bei Biomasse Kraftwerken wird man in diesen Bereich in der Regel nicht kommen, da Industrieturbinen eingehäusig sind und der Abdampfteil in seiner Größe beschränkt ist. Industrieturbinen für die Einspeisung einer Zwischenüberhitzung wiederum sind verfügbar. Auf der Kesselseite reduziert sich die Frischdampfmenge und die Überhitzerflächen erhöhen sich. Letzteres ist nicht bei jeder Kesselausführung möglich. Eine Zwischenüberhitzung ist bei Industriekraftwerken in der 20MW el Klasse nur vereinzelt ausgeführt worden, da die zugehörigen Investitionskosten vergleichsweise hoch sind. Vorwärmung der Verbrennungsluft Die Erwärmung der Verbrennungsluft hilft, die mittlere Temperatur der Wärmezufuhr und damit den Carnot Wirkungsgrad zu erhöhen. Beschränkungen ergeben sich hier aus dem Anstieg der Verbrennungstemperaturen und der thermischen Belastung des Rosts. Eine Verbrennungsluft-Vorwärmung bis 100 C ist schon im Basiskonzept vorgesehen und wird in der Regel durch einen Dampf-LuVo realisiert. Die Nutzung von Dampf aus der Trommel ist thermodynamisch weniger effektiv als die Nutzung von Dampf aus der Dampfturbine, zum einen wegen des Temperaturniveaus und andererseits weil der Dampf in der Dampfturbine schon Arbeit verrichtet hat. Eine Vorwärmung auf 160 bis 200 C ist in der Regel möglich. Eine weitere Steigerung ist abhängig vom Feuerungssystem, der zulässigen Rostbelastung und dem eingesetzten Brennstoff. Neben dem Dampf-LuVo ist auch die Vorwärmung mittels Rauchgas-LuVo möglich. Durch den schlechteren Wärmeübergang im Vergleich zum Dampf-LuVo baut der Rauchgas-LuVo größer. Das Potential der Rauchgas-Vorwärmung ist erheblich und mit einem überschaubaren Invest zu erreichen. Erhöhung der Speisewassertemperatur Auch eine erhöhte Speisewassertemperatur führt zu einer höheren mittleren Wärmezufuhrtemperatur und damit zu einem Anstieg des Gesamtwirkungsgrades. Die damit verbundenen Anpassungen sind aber umfangreich. Für die Speisewasser-Erwärmung werden zusätzliche Hochdruckvorwärmer erforderlich, verbunden mit zusätzlichen Anzapfungen an der Dampfturbine. Beim Kessel wird der Economiser verkleinert und durch einen Rauchgas-LuVo ersetzt. Die Rauchgastemperatur kann reduziert werden. Gemessen an der erreichbaren Wirkungsgradsteigerung ist die Änderung im Gesamtinvest moderat. Die erreichbaren Speisewassertemperaturen sind durch die Grenzen in der Verbrennungslufttemperatur begrenzt. Für Frischholz sind 190 200 C schon realisiert. 725

Rolf Michler Die Anforderungen an die Dampfturbine steigen aufgrund der zahlreichen Anzapfungen erheblich. Industrieturbinen sind in ihrer Baugröße beschränkt und vier Anzapfungen sind in der Leistungsklasse von 20 MW el nur bedingt unterzubringen. Oft bleibt nur der Übergang auf ein größeres Turbinenmodell. Zum anderen wird durch die Anzapfungen ggf. die Anzahl der Schaufelreihen reduziert und damit der Turbinen- Wirkungsgrad. Dampfturbinen mit einem eingeschränkten Baukasten kommen deshalb für solche Anwendungen nicht mehr in Frage. Erhöhte Speisewassertemperaturen und die Technik mit mehreren Hochdruckvorwärmern und Rauchgas-LuVo sind bei großen Dampfkraftwerken Stand der Technik. Bei Kesseln kleinerer Bauart wie für Biomasse wiederum ist diese Technik nicht verbreitet. Auch wird ein Kessellieferant eine solche Lösung nicht vorschlagen, da aus seiner Sicht die Kosten steigen und sein Kesselwirkungsgrad eher sinkt. 2.2. Kondensation bei möglichst tiefen Temperaturen Die Absenkung des Kondensationsdrucks ist ein probates Mittel, den Gesamtwirkungsgrad zu steigern. Die Kondensation erfolgt in der Regel in luftgekühlten Kondensatoren, sodass eine Absenkung des Kondensationsdrucks eine deutliche Vergrößerung des Kondensators zur Folge hat. Ein größerer Kondensator hilft aber auch, den Leistungsabfall bei höheren Umgebungstemperaturen zu reduzieren. Dampfturbinen dieser kleineren Leistungsklasse sind in ihrer Baugröße beschränkt und können wiederum einen geringen Abdampfdruck nicht voll nutzen. 726 2.3. Hoher interner Wärmetausch Regenerative Speisewasser-Vorwärmung Die Abweichung des Clausius-Rankine-Prozesses vom Carnot-Prozess wird umso größer, je höher der Kesseldruck und je höher die gewählte Überhitzung des Dampfes ist. Dadurch nimmt der Temperaturunterschied zwischen dem kalten Speisewasser und dem heißen Kesselwasser zu und die Verluste durch Nichtumkehrbarkeiten beim Vermischen steigen. Durch eine regenerative Speisewasser-Vorwärmung kann man eine erhebliche Verbesserung erzielen (aus [3]). Für das Kondensat hat sich eine zweigestufte Vorwärmung mit einem Niederdruck Vorwärmer und einem kombinierten Speisewasserbehälter mit Entgaser als wirtschaftliche Lösung bewährt und ist deshalb im Basiskonzept schon berücksichtigt, siehe auch Tabelle 2. Die nachfolgende regenerative Erhöhung der Speisewassertemperatur ist in Abschnitt 2.1 beschrieben. Regenerativer Wärmetausch zwischen Rauchgas und Verbrennungsluft Der regenerative Wärmetausch kann nicht nur auf der Speisewasserseite sondern auch auf der Verbrennungsluftseite mit einem Rauchgas-LuVo erfolgen und hat eine vergleichbare Wirkung. Ein Rauchgas-LuVo kann bei Speisewasser-Temperaturen von 130 C sinnvoll sein, um dem Rauchgas nach dem Economiser Wärme zu entziehen und die Rauchgastemperatur zu senken.

Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke Bei einer höheren Speisewassertemperatur ist ein Rauchgas-LuVo erforderlich um dem Rauchgas die Wärme zu entziehen, die normalerweise durch das kalte Speisewasser aufgenommen wird. Der Rauchgas-LuVo ermöglicht den regenerativen Wärmetausch zwischen Rauchgas und Verbrennungsluft. 2.4. Weitere Potentiale Reduzierung der Abgastemperatur Die heißen Abgase stellen bei der Bilanzierung des Kessels einen wesentlichen Verlust dar. Die Reduzierung ist zum einen beschränkt durch die Speisewassertemperatur, wenn kein Rauchgas-LuVo vorgesehen ist und durch den Säuretaupunkt. Es liegt hier aber ein erhebliches Potential zur Wirkungsgradsteigerung vor, das im Rahmen des Möglichen ausgeschöpft werden sollte. Für Biomasse sind Temperaturen von 140 150 C in der Regel möglich. Rauchgasunterkühlung Eine weitere Unterkühlung des Rauchgases unter den Taupunkt kann genutzt werden, insofern die Wärme in das Kondensat übertragen werden kann. Hierbei wird eine Unterschreitung des Säuretaupunkts vorgesehen, verbunden mit säurebeständigen Materialien. Ein Nachteil sind die bei der Unterkühlung anfallenden sauren Kondensate. Bei großen Dampfkraftwerken ist diese Technik verbreitet, bei Industriekraftwerken zumeist beschränkt, da die Kondensat-Temperaturen aufgrund des höheren Abdampfdrucks keine ausreichende Wärmesenke darstellen. Für Anwendungen mit Prozessdampfauskopplung sinkt in der Regel auch die kalte Kondensatmenge, sodass sich hieraus ein geringes Potential für die Einbindung einer Rauchgasunterkühlung ergibt. Nutzung der Abwärme aus der Rostkühlung Bei Brennstoffen mit einem höheren Heizwert kann eine Rostkühlung erforderlich sein. Die dabei abgeführte Wärme kann in dem Kondensat Kreislauf eingebunden werden insofern die Kondensatmenge ausreichend vorhanden ist. Vortrocknung des Brennstoffes Der Feuchtegehalt von Frischholz reduziert den Heizwert und vergrößert das Rauchgasvolumen und damit die Kesselabmessungen. Die Trocknung feuchter Biomasse hat einen positiven Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad. Dieser Prozessschritt einer Vorbehandlung kann der Brennstoffanlieferung und damit dem Brennstoffpreis zugeordnet werden. Aufgrund des kontinuierlichen Verbrauchs ist es wirtschaftlich, die Trocknung vor Ort zu machen und in das Gesamtanlagenkonzept zu integrieren. Für die Trocknung werden zum Beispiel die Abgase einer Gasturbine oder Dampf aus der Dampfturbine verwendet. In Tabelle 2 wird die Reduzierung der Brennstofffeuchte bewertet. Der wesentliche Effekt liegt in der Verringerung des Invests infolge der Verkleinerung des Kessels und der Rauchgasreinigung aufgrund des geringeren Rauchgasstroms. Die Trocknung selbst wird hier nicht bewertet. 727

Rolf Michler 2.5. Bewertung Die beschriebenen Potentiale sind nachfolgend hinsichtlich der Steigerung der Effizienz und dem verbundenen Invest verglichen. Die wenigsten Maßnahmen haben eine Steigerung des Kesselwirkungsgrades zur Folge und sind nur für die Bewertung der Gesamtanlage relevant. Die mit einem moderaten Invest bewerteten Maßnahmen sind nur mit einer Ermittlung der Einschränkungen im Kesselbereich und der zusätzlichen Kosten zu bewerten. Die Wirtschaftlichkeit steigt mit den Brennstoffkosten und ist für naturbelassene Biomasse in der Regel gegeben. Für mehrere Projekte war eine Gesamtwirtschaftlichkeit erst durch die Umsetzung der als moderat eingestuften Maßnahmen gegeben. Zu beachten ist, dass die Ausnutzung mehrerer Potentiale nicht unbedingt zu einer direkten Kumulation in der elektrischen Leistung führt. Die mit einem hohen Invest bewerteten Lösungen sind im Einzelfall zu prüfen wenn die Vergütungen besonders hoch sind und die anderen Maßnahmen ausgeschöpft sind. Tab. 2: Bewertung der Potentiale zur Steigerung der Effizienz Parameter Änderung Wirkung auf Wirkung auf elektrische Invest Leistung Frischdampftemperatur 510 g 520 C + 0,6 % moderat Frischdampfdruck 80 g 90 bar + 0,3 % moderat Zwischenüberhitzung Zwischenüberhtzung + 5 12% hoch Verbrennungsluftvorwärmung Luftvorwärmung mit DampfLuVo auf 100 C + 1,8 % gering Speisewassertemperatur Steigerung 130 g 190 C Abgastemperatur 160 g140 C + 3,0 % moderat Abdampfdruck Senkung des Abdampfdrucks 100 g 80 mbar + 1 % moderat regenerative Speisewasservorwärmung Kondensatvorwärmung mit NDV zusätzlich zum + 1,0 % sehr gering Speisewasser Behälter regenerativer Wärmetausch zwischen Rauchgas und Verbrennungsluft Abgastemperatur 160 g140 C + 1,0 % gering Abgastemperatur Reduzierung der Abgastemperatur 160 g150 C + 0,7 % gering Brennstofffeuchte Reduzierung des moderate + 0,3 % Feuchtegehalts 37 g 29 % Einsparung 3. Anlagenkonzept für hohe Gesamteffizienz Nachfolgend sind die im vorherigen Abschnitt beschrieben Maßnahmen für ein mit Frischholz gefeuertes Kraftwerk in einem Anlagenkonzept umgesetzt (Abbildung 2, Tabelle 3). Die Frischdampftemperatur wurde auf 520 C erhöht, die Speisewassertemperatur 728

Wirtschaftlich effiziente Biomasse-Heizkraftwerke wurde auf 190 C angehoben, die Verbrennungsluftvorwärmung mit einem Rauchgas- LuVo auf 200 C erhöht. Ein Dampf-LuVo wird nicht mehr benötigt. Die Rauchgastemperatur wurde auf 140 C gesenkt. 520 C Frischdampf Prozessdampf Biomasse Abgas Dampfturbine Generator G 190 C Aufgabe- Gebläse 200 C 140 C Filter Saugzug Speisewasser Behälter Kondensator Primärluft-Gebläse Speisewasser HDV 2 HDV 1 NDV 1 Sekundärluft-Gebläse Abb. 2: Biomassekraftwerk für hohe Gesamteffizienz Tab. 3: Leistungsdaten Biomasse Kraftwerk mit hoher Effizienz im Vergleich zum Basiskonzept ohne/mit Prozessdampfentnahme Parameter Einheit Basis hohe Effizienz Basis hohe Effizienz ohne Prozessdampf mit Prozessdampf Brennstoff Mix 50 % Pellets, Mix 50 % Pellets, 50 % Waldrestholz 50 % Waldrestholz Brennstoff H u kj/kg 12.700 12.700 Feuerungs-Wärmeleistung kj/s 63.850 63.850 63.850 63.850 Abgastemperatur C 160 140 160 140 Verbrennungsluftvorwärmung C 100 200 100 200 Kesselwirkungsgrad H u % 91,4 89,8 91,4 89,2 Frischdampf Druck DT bar 90 90 90 90 Frischdampftemperatur DT C 510 520 510 520 Frischdampfmenge t/h 73,7 78,1 73,7 77,6 Speisewassertemperatur C 130 190 130 186 Kondensationsdruck bar 0,100 0,100 0,060 0,060 Prozessdampf (4 bar Sattdampf, 100 % Rücklauf bei 80 C) kj/s 20.000 20.000 elektrische Leistung Brutto kw 20.000 20.750 16.170 17.050 elektrischer Eigenbedarf kw 1.500 1.500 1.500 1.500 Gesamtwirkungsgrad elektrisch Brutto % 31,3 32,4 25,3 26,7 Gesamtwirkungsgrad elektrisch Netto % 29,1 30,1 22,9 24,3 729

Rolf Michler Für den Wasser-/Dampfkreislauf ergeben sich die schon angesprochenen Änderungen in der Speisewasser-Vorwärmung mit zusätzlichen 2 Hochdruckvorwärmern (HDV). In Tabelle 3 sind die Leistungsdaten mit dem Basiskonzept verglichen. Die elektrische Leistung erhöht sich um 3,5 % bzw. der Brennstoffbedarf wird entsprechend kleiner. Für ein Biomasse-Heizkraftwerk mit 20 MW Prozessdampf sind die Ergebnisse in Tabelle 3 dargestellt. Bei gleicher Brennstoffwärmeleistung des Kessels wird die elektrische Leistung durch die exportierte Wärmemenge reduziert. Der LuKo wurde in seiner Größe gleich gelassen wie bei voller Kondensation, der Abdampfdruck sinkt dann bei Prozessdampfentnahme auf 60 mbar ab. Die elektrische Leistung erhöht sich vom Grundkonzept zum Konzept mit hoher Effizienz um 5,4 %/880 kw und damit etwas stärker als ohne Prozessdampf. Damit ergibt sich, dass die Maßnahmen zur Effizienzsteigerung genauso auch für Heizkraftwerke geeignet sind. 4. Zusammenfassung Biomasse Kraftwerke können durch mehrere Maßnahmen in ihrer thermodynamischen Effizienz und Wirtschaftlichkeit verbessert werden. Es kommen dabei Verfahren zum Einsatz, die bisher Anlagen mit Leistungen der Klasse > 100 MW el vorbehalten waren. Alle vorgestellten Lösungen sind in Kraftwerken größerer Leistungen realisiert und haben sich dort bewährt. In allen Fällen steigt die Komplexität der Anlage. Die Anforderungen an die Effizienz steigen mit höheren Brennstoffkosten, was zum Beispiel bei der Verbrennung von naturbelassener Biomasse der Fall ist. Es zeigt sich, dass die Lösungen auch für Anlagen mit Prozesswärmeauskopplung geeignet sind und deren Wirtschaftlichkeit in vergleichbarem Umfang steigern kann. Aus der Sicht des Kesselbauers führen die Maßnahmen zu einem höheren Invest bei nahezu gleichem Kesselwirkungsgrad, das Gleiche gilt für die Dampfturbine. Der Nutzen wird erst bei Betrachtung des Gesamtanlagenkonzepts sichtbar. 5. Referenzen/Quellen [1] Michler, R.: Anlagenkonzept für Biomasse Kraftwerke auf Basis von Frischholz. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 2005 [2] Michler, R.; Grimm, L.: Betriebserfahrungen bei der Verbrennung von Biomasse in Kesseln mit Wanderrost und Wurfbeschickung. VDI Wissensforum, Leipzig, 2004, 2005 [3] Beer, H.: Thermodynamik I, II. TH Darmstadt, 1981 730