(Energiezentrale400+) Marktreife Energiezentrale ab 400 kW mit neuartiger, einfacher Verstromung für Wohnbau, gemeinnützige und gewerbliche Objekte

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Biogene "Reststoffe" können nur schwer verwertet bzw. müssen depo­niert oder anderweitig entsorgt werden. Die Verbrennung von biogenen "Reststoffen" in herkömmlichen Biomasse-Kraftwerken ist im Allgemeinen nicht oder nur mit erheblichem technischen Aufwand möglich. Jedoch kann durch die thermische Verwertung von biogenen "Reststoffen" Wärme (Kälte) und Strom gewonnen werden und damit ein wesentlicher Beitrag zur CO2 Einsparung geleistet werden.

Die Motivation basiert auf dem großen Nachfragepotential im Bereich des großvolumigen Wohnbaus, Industrie, kommunale und städtische Anwend­ungen sowie beim Austausch fossiler Feuerungsanlagen sowie im Export.

Inhalte und Zielsetzungen

Projektziel war die Entwicklung einer marktfähigen, auf innovativer Verbrennungstechnologie basierenden "Energiezentrale" ab 400 kW zur Erzeugung von Strom, Wärme (und Kälte) bei Verwendung von vielfält­igen, regionalen biogenen Brennstoffen.

Im Rahmen der experimentellen Entwicklung wurden Lösungen für die zusätzlichen Anforderungen an die Prozesssteuerung durch die unter­schiedlichen Brennstoffe entwickelt, die Stabilisierung der Verbrennung für die Stromerzeugung erarbeitet und das Emissionsverhalten weiter optimiert.

Die Funktionstüchtigkeit der neuen Technologie wird unter realen Bedingungen nachgewiesen. Das historische Schloss Leiben wird mit Wärme versorgt und Strom ins Netz der EVN eingespeist. Hierbei kann die Realisierung kürzester Brennstoffwege durch Dezentralisierung der Anlagen, die weitgehende Unabhängigkeit von Rohstoffpreisschwank­ungen aufgrund des breiten Brennstoffbandes, kurze Transportwege durch Nutzung regionaler, biogener Reststoffe und ortsnaher Brache­flächen demonstriert werden.

Aufgrund des damit verbundenen CO2 Einsparpotentials, den geringen Emissionswerten und der hohen Energie­effizienz der patentierten Verbrennungstechnologie wird eine rasche Verbreitung international, besonders auch in den CEE-Staaten erwartet.

Methodische Vorgehensweise

Die angestrebten Ziele und Erkenntnisse - umgesetzt in einer markt­fähigen, kompakten, dezentralen "Energiezentrale" 400 kW (Wärme u. Strom) - sollten in diesem letzten Entwicklungsschritt erreicht werden.

Begleitend zur Versuchsdurchführung wurde, unter Einsatz von detail­lierten Modellen für die Berechnung der turbulenten Gasströmung und der heterogenen Verbrennung mit gekoppeltem Wärme- und Stofftransport, eine Verifizierung der Vorgänge in der Versuchsbrennkammer mittels CFD-Simulation zur Auslegung und Optimierung der Strömungsvorgänge durchgeführt. Nach erfolgreicher Beschreibung der Versuchsverhältnisse wurde das zur Verfügung stehende und durch Versuchsergebnisse geschärfte Simulationsmodell für Parameter- und Geometrieoptimierung eingesetzt. Darüber hinaus konnten durch die Ergebnisse der CFD unter Zuhilfenahme einfacher bilanz-technischer Werkzeuge auch die Ent­wicklung des Regelungskonzeptes der realen Anlage unterstützt werden.

Parameterstudien konnten die wechselweisen Einflüsse auf Regelgrößen aufdecken und dadurch die Erstellung physikalisch sinnvoll geschlossener Regelkreise ermöglichen. Weiters wurden durch diese Mittel die Para­metrierung der Regler für den Entwurf von stabilen Regelkreisen über alle Betriebsbereiche ermöglicht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die Anlage wurde erfolgreich an ihrem Standort aufgestellt und an das vorliegende Leitungs-system angeschlossen. Im Zuge des Projektes wurde die für den Betrieb notwendige Infrastruktur aufgebaut um ein reibungsloses Betreiben der Anlage zu gewährleisten. Jegliche Mess- und Regelungskomponenten wurden ausführlich kontrolliert und getestet. Die Visualisierung wurde für den Standort adaptiert und überarbeitet. Die Ergebnisse der Versuchsfahrten zeigten einen schnellen Einsatz der Anlage mit guten Verbrennungseigenschaften des eingesetzten biogenen Brennstoffes. Die Versuche haben die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte des Abgases unter Betriebsbedingungen nachgewiesen.

• Schlussfolgerungen:

  Die Anlage befindet sich derzeit in der erweiterten Probebetriebs­phase. Der Wärmebedarf der Abnehmer Schloss Leiben und Meierhof ist derzeit geringer als die thermische Nennleistung der Energie­zentrale. Ein Betrieb der Energiezentrale bei Volllast ist daher nur bedingt bzw. in kurzen Phasen möglich. Dennoch kann aufgrund der bisherigen Ergebnisse eine Bewertung des Anlagenbetriebs und der Emissionssituation vorgenommen werden.

  Der Start der Verbrennungsanlage durch das Zünden der Brennstoff­ballen verläuft reibungslos. Die individuell regelbare Luftführung ermöglicht gleichzeitig auch vergleichs-weise geringe Abfahrzeiten und rasche Lastwechsel, wodurch sich deutliche Vorteile bei der Bewertung des Verbrennungssystems ergeben.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die "Energiezentrale" im dezentralen Maßstab im Vergleich zu anderen Energiesystemen wesentliche Vorteile in energetischer, emissions- und betriebstech­nischer Hinsicht aufweist.

In einer "erweiterten Probebetriebsphase" sollten noch durchzuführende, geringfügige Adaptierungen des Brenn­stoffeinschubsystems, Automati­sierung des Rostsystems und Ascheaustrages sowie eine bedienungs­freundliche Anpassung der Betriebssoftware durchgeführt werden, damit die Anlage den Status der "Marktreife" erlangt.

Ausblick

Mit der weiterentwickelten, optimierten Verbrennungsanlage wird be­wusst eine einfache, leistbare technische Lösung für ein breites Anwen­dungsgebiet angestrebt, beispielsweise zur gekoppelten Kraft- und Wärmeerzeugung oder zur Bereitstellung von Prozessdampf und in der wärmeintensiven, industriellen Trocknungstechnik. Sie erlaubt die energetische Verwertung auch von inhomogenen Biomassestoffen.

Weiters soll eine Erhöhung der Ressourcen- und Energieeffizienz und Reduktion der Importabhängigkeit bei Energieträgern durch die Bereit­stellung einer neuartigen Verbrennungstechnologie für ein breites, kostengünstiges, biogenes Brennstoffband ermöglicht werden.

Interessenten besuchen regelmäßig die Demonstrationsanlage "Energie­zentrale400+". Die Federspiel Ökotechnology und die Wärmetechnische Industrieanlagen Gesellschaft m.b.H. (WTI) aktualisieren derzeit gemeinsam den Businessplan für eine Produktion der "Energie­zentrale" im industriellen Maßstab. Mit potentiellen Investoren werden bereits ernsthafte Gespräche geführt.

Projektleitung

Ing. Heinz Dötzl
Federspiel Ökotechnology Consulting GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• WTI wärmetechnische Industrieanlagen Gesellschaft m.b.H. (Projektpartner)
• TU Wien, Institut für Verfahrens-, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften (wissenschaftlicher Partner, als Drittleister eingebunden)

Federspiel Ökotechnology Consulting GmbH
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