Die Mothermik Holzverstromungsanlage Biomasse-KWK mit Holzvergasung und Holzgas-BHKW Kenndaten über 87 Tage Dauerbetrieb der Anlage Hess, Neuenstein Mitgliedsunternehmen des Mothermik Holzverstromungsanlagen - Stand der Technik 1
Vorstellung des Unternehmens Mothermik Das Unternehmen, Entwicklung, Fertigung und Vertrieb von Motorenheizkraftanlagen seit über 23 Jahren Vorstellung des Unternehmens Mothermik 2
-, ein mittelständisches Unternehmen - gegründet 1983 als GmbH & Co. KG in Simmern / Hunsrück durch Jan E. E. Kramb & Günther Kramb sen. Im Jahr 2000 Umfirmierung in GmbH und Einstieg von Jan H. Kramb - ab 2003 Hauptsitz in Pfalzfeld / Hunsrück, Umzug zur Erweiterung der Fertigungsmöglichkeiten für größere Anlagen - Entwicklung, Fertigung und Vertrieb von MHKW-Anlagen im Leistungsbereich 100 kw el - 2.000 kw el - Seit Firmengründung wurden ca. 250 MHKW-Anlagen mit einer Gesamtleistung von ca. 50 MW el errichtet, vorwiegend Diesel-MHKW, seit 1991 auch Zündstrahlsyst. - ca. 200 laufende Anlagen werden heute durch den Mothermik-Kundendienst betreut - Seit 1999 - Entwicklung der Holzverstromungstechnik - August 2003 : Inbetriebnahme der ersten vollautomatischen Holzverstromungsanlage in Pfalzfeld - 2004 : Preisträger des Innovationspreises Rheinland-Pfalz - 2005 : Markteinführung der Holzverstromungsanlagen mit 7 Modulen je 250 kw el, für 2006 sind 10 Module je 250 kw el zur Fertigung vorgesehen und verkauft, in 2007 übersteigen Abschlüsse und Nachfrage die Fertigungsmöglichkeiten Zahlen und Fakten 3
- Mothermik besteht aus 5 Abteilungen, Elektrik, Elektronik, Mechanik, Kundendienst und Verwaltung - Stammsitz in Pfalzfeld / Hunsrück, Kundendienstniederlassungen in Borghorst / Münsterland und Wittgensdorf / Chemnitz - Aktuell 47 Mitarbeiter, davon 4 Ingenieure und 13 Meister aus den Bereichen Elektro, Maschinenbau, Kfz, Heizungsbau und Verfahrenstechnik - Mothermik unterstützt Kunden beim Anlagenbetrieb, Genehmigungsfragen, Optimierung, Zollabwicklungen etc. - Mothermik bietet dem Kunden eine zuverlässige Ersatzteileversorgung, Stör- und Kundendienst rund um die Uhr an jedem beliebigen Tag im Jahr Unternehmensstruktur & Dienstleistungen 4
Luftaufnahme des Werkes Pfalzfeld - Juni 2004 Luftaufnahme 5
Frühere Zeiten 6
Brennstoff Gas Luft absteigender Gleichstromvergaser Austragsrinne, kein Rost Holzkoks mit Asche Gas Vergasungsverfahren, absteigend - Gleichstrom 7
Luft Austragsrinne, kein Rost Holzkoks mit Asche Trocknung : Pyrolyse : Oxidation : Reduktion : Gas Verdampfen des enthaltenen Wassers T < 200 C Zersetzung des Holzes T = 200... 500 C Exotherm, Energiebereitstellung für die nachfolgende Reduktion T = 500... 1200 C Endotherm, Bildung des eigentlichen Holzgases T < 550 C Vergasungsverfahren, die Reaktionszonen 8
Vol-% 100 Boudouard - Reaktion C + CO 2 2 CO 80 Wassergasreaktion C + H 2 O CO + H 2 60 Methanreaktion C + 2 H 2 CH 4 40 niedrigere Temperatur mehr an CH 4 mehr Teer 20 höhere Temperatur mehr an H 2 und CO weniger Teer höhere Klopffestigkeit größere Gasmenge 0 400 600 800 1000 Temperatur in C geringere Klopffestigkeit geringere Gasmenge Gleichgewichtskurven bei Kohlenstoffvergasung Nussbaumer, 1990 9
Kohlendioxid 12% Kohlenmonoxid 19% Stickstoff 54% Wasserstoff 11% Methan + höhere KW 4% Zusammensetzung des Gases, nach Analyse Mothermik 10
Der Einsatz von Zündstrahlmotoren zur Nutzung von Holzgas Zweistoff-, Hybrid- bzw. Zündstrahlmotoren Gründe für den bevorzugten Einsatz bei der Energieerzeugung aus Schwachgasen (Bsp. Holzgas) Einsatz von Zündstrahlmotoren 11
- Zündstrahlmotor - Kraftstoffdosierung - Einspritzpumpe, Düsen, Regelung - motorische Verbrennung, Verdichtung - Emissionsverhalten, Oxidationskatalysator, CO, NOx, Staub Maschinensatz V8 - Zündstrahl Grundsätzliche Funktionsweise 12
Kraftstoffdosierung Gasregelstrecke - Gasdosierung - variabler Volumenstrom, Gasmischer, Leistungsregelung, Gleichförmigkeitsregelung Gas- und Kraftstoffregelung 13
Vorteile Technologieforum zur Nachteile - hoher mechanischer - Zündölbedarf und die hierzu Wirkungsgrad erforderlichen Investitionen (Kraftstofftank, Leitungen, - Start- und Anlaufverhalten, Dosierung, Aufbereitung etc.) stabile Regelbarkeit, hohe Zündenergie - zuverl. Zündverhalten - Heizöl bzw. RME (Biodiesel) bei Schwankungen des Heizwertes als Zündöl und Zusammensetzung des Schwachgases - geringe politische Akzeptanz - stabiles Emissionsverhalten, robuste Motorkonstruktion, hohe Standzeiten, lange Wartungsintervalle - System ist langzeiterprobt verfügbar Vor- und Nachteile im praktischen Einsatz 14
Brennstoff z.bsp. Waldholz (Hackschnitzel) - Der Brennstoff - sauberes, unbelastetes Holz (Waldholz) - Hackgut G50 - Einsatz verschiedener Hölzer (Fichte,Tanne, Buche, Eiche etc.) - Heizwert atro ca. 4,5-5,5 kwh/kg - Greifkran zur Bewältigung aller Holzbewegungen, Steuerung des Greifers in 3 Achsen mit Feuchteerkennungssystem - Idealer Prozesswassergehalt bei ca. 15 % absolut - Vortrocknung allen Brennstoffs und Regelung auf Prozessbedürfnisse Brennstoff, Logistik & Trocknung 15
Reaktor mit Beschickungseinrichtung - Der Vergaserreaktor Typ 265 mit einer Feuerungswärmeleistung von ca. 900 kw - Festbettvergaser, absteigend - Im Gegensatz zu bestehenden Vergasertypen hat der Reaktor eine rechteckige, nicht runde Reaktorsymmetrie - Dies erleichtert die Luftverteilung im Reaktor, der Vorteil ist ein teerärmeres Gas - Auskleidung der Oxidationszone mit einer hochtemperaturfesten Keramik - Der Rahmen des Reaktormantels wird wassergekühlt - kein Gegenfeuer bzw. keine Veraschung im Unterteil des Vergasers, kein Rost, Durchschleusung von Störstoffen bis 60mm - Holzkohlekoks wird dem Prozess entnommen, der Koks wird vermarktet Der Vergasungsreaktor 16
Gas- und Wasseraufbereitung - mehrstufige Gasaufbereitung Gaskühlung und Entstaubung mittels Quensche, Tropfenabscheider und Endreinigung mittels Hochspannung - Rückführung der Abscheideprodukte in Oxidationszone des Vergaserreaktors - Reinigung des Quenschwassers über ein Hackschnitzelbett, Rückkühlung des Prozesswassers und Wärmeabgabe an den Brennstofftrockner - Rückführung der verunreinigten Hackschnitzel in den Vergasungsprozess - geschlossener Prozesswasserkreis, keine Einleitung oder Entsorgung von Abwasser - Rückführung von Kondenswasser in den Brennstoff, möglich durch Übertrocknung des Holzes 17
Maschinensatz & Visualisierungspanel - Maschinensatz für Holzgashybridbetrieb im Container - Auf Basis eines speziell hierfür abgestimmten Zündstrahlmotors - spezielle Einspritzanlage zur Minimierung des Zündstrahlanteils - Zündstrahlanteil ca. 7% - 10% - Ausrüstung mit einem speziellen Abgaswärmetauscher zur Erzeugung von Heißluft aus Abgas bei ca. 120 C, welche zur Trocknung eingesetzt wird - Steuerung der Anlage über Visualisierungs - Panels, Visualisierung via PC, Fernwartung Motorische Nutzung & Steuerung 18
Trockner mit Greifkran Innenansicht Halle, Hess-Neuenstein 19
- Fa. Hilmar Hess, geplantes Projekt im Juni 2004 - Mothermik Holzverstromungsanlage vom Typ 1 x MTHG.CNm.265 - Baugenehmigung erteilt im Oktober 2004 - Verbrennungsmotorenanlage mit Feuerungswärmeleistung von 900 kw - 1. Bauabschnitt, Halle und Trafostation im Sommer 2005 - Gebäudeaußenmaße, 24m x 13m x 9m Traufhöhe - Förderung durch das Land Hessen - 2. Bauabschnitt, Herbst-Winter 2005/2006 - Holzverstromungsanlage incl. aller notwendigen Komponenten - Ende Dez. 05, erste Inbetriebnahme, Probeläufe, Abn. Einspeisung Jan. 06, Fertigstellung und weitere Testläufe 10.02.2006, Freigabe für den vollaut. Betrieb rund um die Uhr Das Projekt 20
- Betriebsverhalten der Anlage vom 10.02.2006-08.05.2006 (erste 87 Betriebstage) Betriebsstunden max. möglich 2.088,00 Stunden Anlagenbetrieb 1.840,00 Stunden Verfügbarkeit erste 87 Tage 88,12 % Stromerzeugung max. möglich 522.000 kwh Eingespeiste Strommenge 387.119 kwh Tatsächliche Auslastung erste 87 Tage 74,16 % Mittlere Anlagenleistung erste 87 Tage 210,39 kw Wärmenutzung für eigene Trocknung 2.060 Srm * Wärmenutzung für Lohntrocknung ca. 900 Srm Wärmenutzung für Holztrocknung gesamt 2.960 Srm Kenndaten der Anlage, Holzverbrauch, Stromerzeugung etc. 21
- Eingesetzte Brennstoffe vom 10.02.2006-08.05.2006 (erste 87 Betriebstage) Bedarf Zündöl (Heizöl EL) ca. 12.880,00 Liter Qzu HEL 127.512 kwh Bedarf Holzmasse (bez. atro) ca. 330 to Qzu Holz 1.051.424 kwh ** Dies entspricht : Hackschnitzelvolumen (bez. Fichte) 2.060 Srm Holzeinkauf ca. 735 fm Hackschnitzelvolumen (bez. Eiche) 1.373 Srm Holzeinkauf ca. 490 fm Brennstoffwärmeleistung zugeführt 1.178.936 kwh Wirkungsgrad Stromerzeugung 32,84 % Wirkungsgrad Wärmeerzeugung noch nicht genau anzugeben, ca. 600 to Holz wurden von ca. 35% auf ca. 8% getrocknet * 160 kg/srm atro, ** Ö-Norm 3,19 kwh/kg bei 35% Wassergehalt, *** Wassergehalt 35% im Lieferzustand Energieeinsatz und energetische Ausbeute 22