Click here to load reader

Optimierungspotenziale für Biomasse-KWK-Anlagen · 2017. 1. 23. · Wartung und Instandhaltung Allgemeine Ziele der Optimierung Ein Großteil der Wärmegestehungskosten entfällt

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Optimierungspotenziale für Biomasse-KWK-Anlagen · 2017. 1. 23. · Wartung und Instandhaltung...

  • 1

    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

    11

    VOIGT + WIPP | Feuerleistungsregelung

  • 12

    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

    http://www.klimaaktiv.at/erneuerbare/effiziente_heizwerke/bestpractice/optimierung2.htmlhttp://www.klimaaktiv.at/erneuerbare/effiziente_heizwerke/bestpractice/optimierung2.html

  • 13

    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

  • 14

    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

  • 15

    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