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Optimierungspotenziale für
Biomasse-KWK-Anlagen
S. Koppatz / B. Kronberger
VOIGT +WIPP Industrial Research
VOIGT+WIPP Engineers
20. Jänner 2017
5. Mitteleuropäische Biomassekonferenz, Graz
Performance schwankungsarm Emissionen effizient
Unternehmenseinblick
ZT WIPP Aktuell ~35 Mitarbeiter in der Holding
Mit technischen Experten aus den
Bereichen:
Verfahrenstechnik
Regelungstechnik
Automatisierung (Systemdesign, Programmanalyse
Topologieerstellung,, …)
Prozesssimulation (dynamische ,- physikalische
Modellbildung, Black-Box Identifikation …)
Sicherheit (HAZOP, Explosionsschutz, …)
VOIGT+WIPP Engineers GmbH (gegründet 2007)
VOIGT+WIPP
Energy & Environment GmbH
ALM Automation GmbH
WIPP
Holding
Automatisierung und IBN
außeruniversitäre
Forschungseinrichtung
100 %
100 %
Das Unternehmen
VOIGT+WIPP
Engineers GmbH
VOIGT+WIPP
Industrial Research GmbH
Energie & Verfahrenstechnik
Advanced Process Control
Process IT (PIT)
Engineering
ÖKO Energiemanagement
Planung und Betriebs GmbH
Planung und Softwareentwicklung
rechtliche Darstellung
EVT RAD SLC PIT AAD
organisatorische Darstellung
80 %
50%
100 %
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
Top Themen
gesetzlich, behördliche Vorschriften
Einhaltung der Emissionen
Anlagen-sicherheit
Arbeitnehmer-schutz
betrieblich-wirtschaftliche
Ziele
Verbesserung des Betriebs-
ergebnisses
Steigerung der Gesamteffizienz
Steigerung des Automatisierungsg
rades
Grundlagen für vorbeugende oder zukunftsorientierte
Wartung und Instandhaltung
Allgemeine Ziele der
Optimierung
Ein Großteil der Wärmegestehungskosten entfällt auf den Brennstoffeinsatz Biomasse
Abb.: typische Kostenstruktur Biomasseheizwerk, [1]
[1] Kostenstruktur der Salzburger Heizwerke 2013, Quelle: Dr. G. Löffler
Wo liegen die Potenziale bei der
technische Optimierung?
Top Themen der Optimierung
Typische Ziele bei der Optimierung von Biomasse-KWK-Anlagen
Biomassekessel-anlage
• Steigerung Kesselwirkungs-grad
• Reduktion der Emissionen
• Minimierung spezifischer Brennstoff-verbrauch
• Minimierung Eigenstrombedarf
• Steigerung Regler-performance
Spitzenlastkessel
• Minimierung der Betriebszeiten mit Spitzenlast-kessel
• Minimierung des Anteils des Spitzenlast-kessels an der Wärme-gestehung
ORC-Modul, Dampfturbine
• maximale Auslastung der Anlagentechnik, maximaler Wirkungsgrad
• Maximierung der Strom-erzeugung
Fernwärmenetz
• Reduktion der Netzverluste
• Optimale Vorlauftemperatur, minimale Rück-lauftemperatur
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
Optimierung | Kesselanlage
Herausforderung: • Steigerung des
Kesselwirkungsgrads
Optimierungsmaßnahmen: • Reduktion der Abgasverluste • Reduktion O2-Gehalt
Ca
5 %
Red
ukt
ion
A
bga
sve
rlu
st
Optimierung | Reglerperformance
Herausforderungen: • Reduktion von
Prozessschwingungen
Opztimierungsmaßnahmen: • Optimierung der Automatisierung und
Reglertuning
Feuerleistungsregelung (3MW) bei ca. 50% Nennlast
Blau (24h): Restsauerstoffgehalt im Abgas
Reduzierung von Dampfdruck- und FRT-Schwankungen
9
9
Aktivierung der
optimierten
Biomassekesselregelung
Dampfdruck
Optimierung | Reglerperformance
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)
• VOIGT+WIPP Produkte im Bereich Feuerleistungsregelung für Biomasseanlagen
– BCS BiomassControlSolution: Feuerungs- und Kesselregelung für Biomasseanlagen bis 100 MWth
– BCScompact: Feuerungs- und Kesselregelung für Biomasseanlagen (Warmwasser < 5 MWth)
• Implementierung in der Bestandsanlage
– Plattformunabhängig
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VOIGT + WIPP | Feuerleistungsregelung
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BCS Feuerleistungsregelung (2 MW Kessel)
Praxisbeispiel | Gesamtoptimierung
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:
http://www.klimaaktiv.at/erneuerbare/effiziente_heizwerke/bestpractice/optimierung2.html
Heizwerk Bramberg Salzburg AG
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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)
Praxisbeispiel | Gesamtoptimierung
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BCS Feuerleistungsregelung (2 MW Kessel)
Darstellung ausgewählter Prozessgrößen über 24 Stunden als 1-Min Mittelwerte *) Rücklauftemperatur beeinflusst durch starke Schwankungen auf der Verbraucherseite
Feuerraumunterdruck
O2-Gehalt
Kesselleistung
Kesseldurchfluss
Feuerraumtemperatur (SW 950°C)
Rücklauftemperatur*)
Vorlauftemperatur Sollwert Vorlauftemperatur
Praxisbeispiel | Gesamtoptimierung
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VOIGT+WIPP Engineers GmbH
Märzstraße 120
A-1150 Wien
E-Mail: [email protected]
Website: www.voigt-wipp.eu
Telefon: +43 1 23 500 32 0
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Fragen!
Stefan Koppatz