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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

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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 %

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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

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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?

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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

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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

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Optimierung | Kesselanlage

Herausforderung: • Steigerung des

Kesselwirkungsgrads

Optimierungsmaßnahmen: • Reduktion der Abgasverluste • Reduktion O2-Gehalt

Ca

5 %

Red

ukt

ion

A

bga

sve

rlu

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Optimierung | Reglerperformance

Herausforderungen: • Reduktion von

Prozessschwingungen

Opztimierungsmaßnahmen: • Optimierung der Automatisierung und

Reglertuning

Feuerleistungsregelung (3MW) bei ca. 50% Nennlast

Blau (24h): Restsauerstoffgehalt im Abgas

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Reduzierung von Dampfdruck- und FRT-Schwankungen

9

9

Aktivierung der

optimierten

Biomassekesselregelung

Dampfdruck

Optimierung | Reglerperformance

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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)

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• 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


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