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Saisonale und kurzzeitige Flexibilisierung der
Stromerzeugung aus fester Biomasse
20. Österreichischer Biomassetag
14. November 2017 Windischgarsten
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Übersicht
1. Rahmenbedingungen
2. Projektvorstellung
3. Zwischenzeitliche Ergebnisse
4. Ausblick
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Übersicht
1. Rahmenbedingungen
2. Projektvorstellung
3. Zwischenzeitliche Ergebnisse
4. Ausblick
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Rahmenbedingungen I
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Datenbasis2015/2016Q:OEBMV
Rahmenbedingungen II
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- Ökostrom,ak?veFörderverträge- 133Anlagen- 314MWel- Wärmeproduk?on~Jahresbedarfvonca.450.000Haushalten- Stromproduk?on~Jahresbedarfvonca.480.000Haushalten
Q:OeMAG
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Rahmenbedingungen // Energieholz Preisentwicklung
Q:LandwirtschaWskammer
Rahmenbedingungen // Strom Preisentwicklung
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Übersicht
1. Rahmenbedingungen
2. Projektvorstellung
3. Zwischenzeitliche Ergebnisse
4. Ausblick
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Projektvorstellung // Konsortium
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Projektvorstellung // Projektidee
• Flexibilisierung der Biomasse KWK-Anlage – Optimierte Anlagenkonfigurationen hinsichtlich strommarktbasierter
Betriebsführungskonzepte
– Technologische Konzepte zur Erhöhung der Lastwechseldynamik
– Verbesserung der Teillastfähigkeit
• Modellierung unterschiedlicher Anlagenkonfigurationen inkl. wirtschaftlicher Beurteilung
• Zusammenfassende Darstellung aller wesentlichen Aspekte
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Projektvorstellung // Inhalte
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Fokus des Projekts
• Dampf- und ORC-basierte KWK-Anlagen in Fernwärmenetzen mit bis 30 MWth
• Beispielanlagen im Projekt – Leistungsbereich von 0,6 – 5 MWel – 2 ORC KWK Anlagen – 2 Dampfbasierte KWK Anlagen
• Tauglichkeit zur Teilnahme am Regelenergiemarkt
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Übersicht
1. Rahmenbedingungen
2. Projektvorstellung
3. Zwischenzeitliche Ergebnisse
4. Ausblick
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Technische, rechtliche und ökonomische Voraussetzungen
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Regelenergie // Präqualifikation
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Direktleitungen
• Direktleitung, Definition – einzelnen Produktionsstandort mit einzelnen Kunden
verbunden, oder – Elektrizitätserzeuger (auch EVU) direkten Versorgung mit
ihrer eigenen Betriebsstätte, Tochterunternehmen und zugelassenen Kunden
– Leitungen innerhalb von Wohnhausanlagen gelten nicht als Direktleitung
• VwGH: kein unmittelbarer Stromaustausch zwischen der Direktleitung und dem öffentlichen Netz zulässig
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Direktleitungen
• Errichtung und Betrieb von Direktleitungen – Normierung in Landesgesetzen
• Bewilligungspflichten nach StarkstromwegeG – Normierung in den korr. Landesgesetzen – Ausnahmen großteils vorhanden – An Bedingungen geknüpft
• Wenn Direktleitung mehrere Kunden (und nicht nur eigene Betriebsstätten) aufweist à kartellrechtliche Ansprüche bzw. Kontrahierungsan-sprüche – Offene Rechtslage
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Technische Herausforderungen
18
Technische Herausforderungen
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Anforderungen an eine KWK-Anlage
• Schnelle Lastwechsel für die Bereitstellung von Regelenergie um dem Strompreis folgen zu können
• Erweiterter Lastbereich hin zu niedrigeren Teillasten
Analyse der 4 Modell-KWK-Anlagen
• Aufteilung in Komponenten
• Bestimmung der Zusammenhänge in und zwischen den Komponenten
• Identifikation der Komponenten mit Einfluss auf die Flexibilisierung
• Bestimmung der Einsatzgrenzen für die Flexibilisierung
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• Schamottierung von Feuerungen und Kesseln
• Werkstoff Wärmetauscherflächen von Kesseln und anderen Wärmetauschern
– max. Temperatur
– max. Temperaturänderung
– Einfluss Lastwechselhäufigkeit
• Brennstoffbett bei Rostfeuerungen – von Brennstoff und Wassergehalt
abhängige Zeitkonstante
• Thermische Massen von Schamotte, Stahl und Wärmeträger
– Trägheit bei Laständerungen
• Ventilatoren für Verbrennungsluft und Rauchgas
– min. Drehzahl relevant für min. Teillast
• ORC- bzw. Dampfturbine – max. Laständerungsgradient
– Zyklenfähigkeit
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Wesentliche Komponenten
Herausforderungen bei Flexibilisierung
• Lastwechselgeschwindigkeit der Modellanlagen im Bereich von 50 – 250 kWth/min (Kesselleistung) zu langsam
• Einhaltung der Thermoöl- bzw. Dampfparameter sowie der Emissionsgrenzwerte (hauptsächlich CO und NOx) auch in extremer Teillast und während großer Lastsprünge erforderlich
• Erhöhte Materialbelastung durch größere und häufigere Lastsprünge (Schamotte, Wärmetauscher, Turbine)
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Regelungskonzept // Leistungsregelung
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-RegelungüberThermoöl-3-Wege-Ven?l:
à5%/Minute…………………..10Minutenvon100auf50%
-RegelungüberORCTurbinen-Bypass-Ven?l:
à160%/Minute……………….30Sekundenvon100auf20%
Regelungskonzept // MPC
25
70
80
90
100
Müll
zute
iler,
%
0
50
100
Seku
ndär
luft,
%
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000
50
100
Rez
igas,
%
Plant Inputs
Zeit (sec)
40
45
50
55
Dam
pfm
enge
, t/h
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000
5
10
O2-
Konz
entra
tion,
%vo
l
Plant Outputs
Zeit (sec)
900
920
940
960
Ofe
ntem
pera
tur,
°C
Bren
nstoffzufuh
r,%
Modellbildung
26
BD
TWC SWC BWC BOL BNG
ORC SRC XHD XHL XMD XML HPC XCL
HPA BEL
MBD MBI MNS MNT
SDH
XDLMSD MSI MPS MPT
STH
WC OL NG BI NS NT
SD SI PS PT
AH
HH MHCH
LO
DH
EL
SOKomponentenEnergieträger
Modell // Komponenten und Energieträger
• Thermalölkessel Hackschnitzel • Dampfkessel Hackschnitzel • Organic Rankine Cycle • Dampf Rankine Cycle • Wärmeübertrager zur Fernwärme für Hoch-
und Mitteltemperatur • Verluste bei Hoch-, Mittel und
Niedertemperaturwärme(Schornstein) • Rückkühler Fernwärme • Heißwasserkessel Hackschnitzel, Öl und
Gas • Elektrokessel • Wärmepumpen • Speicher Fernwärmetemperaturniveau • Solarthermie • Strommärkte
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• Hackschnitzel • Erdöl • Erdgas • Fernwärme • Hochtemperaturwärme • Mitteltemperaturwärme • Niedertemperaturwärme • Umgebungswärme • Solarstrahlung solar radiation • Strom • Strom Ein-/Verkauf (Day-Ahead, Intra-Day) • Negative/positive Sekundärregelleistung • Negative/positive Tertiärregelleistung
26Komponenten 19Energieträger
Übersicht
1. Rahmenbedingungen
2. Projektvorstellung
3. Zwischenzeitliche Ergebnisse
4. Ausblick
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Ausblick
• Finalisierung des Modells – Mehrere Schritte – Optimierung
• Wirtschaftliche Beurteilung
• Überblick über sämtliche Aspekte der Flexibilisierung – Rahmenbedingungen – Technisch – Ökonomisch
• Projektende Mai 2018 // Veranstaltung geplant
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Richard Kitzberger VOIGT+WIPP Industrial Research kitzberger@voigt-wipp.com www.bioflex.cc
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