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© Fraunhofer Fraunhofer IFF Geschäftsfeld Prozess- und Anlagentechnik Energie- und Ressourceneffizienz - Forschen und Entwickeln für die Praxis - LAV Markranstädt, 15.10.2014

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Fraunhofer IFF Geschäftsfeld Prozess- und Anlagentechnik Energie- und Ressourceneffizienz - Forschen und Entwickeln für die Praxis - LAV Markranstädt, 15.10.2014

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk

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Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung

Gründungsjahr 1992

Fraunhofer-Verbund Produktion Fraunhofer Allianz Energie

180 Mitarbeiter

Ausrichtung auf anwendungsorientierte Problemlösungen auf den Gebieten:

� Logistik

� Automatisierung

� Mess- und Prüftechnik

� Prozess- und Anlagentechnik

� Virtuelle Entwicklung und Training

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Geschäftsfeld Prozess- und Anlagentechnik

1. Prozessentwicklung und Anlagensysteme (PAS)

�Prozessentwicklung, -simulation und -optimierung für thermische Energiewandlungsanlagen

�Anlagenplanung und Baubegleitung für dezentrale Kraftwerkslösungen und eff. Produktionsprozesse

�Systemintegration von KWK-Lösungen

2. Elektrische Energiesysteme (EES)

�Überwachung, Steuerung und Schutz von elektrischen Energiesystemen

�Simulation und Modellierung elektrischer Netze

�Hard- und Software-Komponenten für intelligente Energiesysteme

�Energie-Management-Systeme

�Konformitäts- und Qualitäts-Test-Plattform

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Leistungsangebot Ressourceneffiziente Produktion und Logistik Prozessgestaltung und Effizienztechnologien

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Energetischer Planungsprozess Anlage (Anlehnung an ISO 50001)

UNTERNEHMEN

UMGEBUNG

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Prozessentwicklung und Anlagensysteme (PAS)

Reststoff,

Abgas

Biomasse

Dezentrale (autarke) Stromversorgung

Elektrische Energie

Heiz- und Prozesswärme /-kälte

Thermische Energie

Energiewandlungs- prozesse

Prozessentwicklung Anlagenplanung Anlagensteuerung

Anlagenservice Ausbildung Anlagenbetrieb

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Effiziente Energiewandlung / regenerative Ressourcen - Dezentrale Biomassekraftwerksanlagen -

� Anlagenkomponenten:

� Rostfeuerung, Thermoölkessel

� ORC-KWK-Modul

� Ergebnis:

� beaufsichtigungsfreier Anlagenbetrieb

� keine Wasseraufbereitung

� FWL 4..10 MW

� 0,5..2 MW el. Leistung

� thermo- und lastvariable Wärmeauskopplung

� 22 % el. Wirkungsgrad

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Prozessoptimierung durch Reststoffnutzung - Kompakt-Wirbelschichtfeuerung -

� Anlagenkomponenten:

� Kompakt-Wirbelschicht FWL 3,7 MW

� ORC-KWK-Modul 0,5 MW

� Vorteile:

� Breites Brennstoffband (Einsatzstoff, Korngröße, Wassergehalt)

� Staged Combustion, Ausbrandzyklon

� für Brennstoff mit geringen Asche- schmelzpunkt

� geringe Emissionen

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9 Folie 9

Biomasse-Heizkraftwerksanlage

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10 Folie 10

Effiziente Energiewandlung - Brenngaserzeugung -

Trockene Hochtemperatur-Gaskonditionierung (Thermisch-katalytischer Reformer)

Wirbelschicht-Gasgenerator

Gaswäsche (Quenche, Venturiwäscher, Füllkörperkolonne, Demister)

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Kombinierte Gasreinigung und -aufbereitung mit Wanderbettfilter-System (MGBF)

- Einsatz von Feststoff-schüttungen (keramisches Trägermaterial) mit katalytischer wirkender Oberflächenbeschichtung

- Abreinigung / Aufbereitung

des Katalysatorträgers kontinuierlich außerhalb des Wanderbetts möglich

- Versuchsanlage für Tests mit

Realgas verfügbar

- Patent DE 10 2009 031 911

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12 Folie 12

Effiziente Energiewandlung - 1MW Pilotvergaser -

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13 Folie 13

Effiziente Energiewandlung - Brenngasnutzung -

8.8 H2

4.8 CH4

15.1 CO2

17.5 CO

[%] Average Values

W = 27 %, λ = 0.45 Hu = 4.8 MJ/ Nm³

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14 Folie 14

Effiziente Energiewandlung - Brenngasnutzung -

� Entwicklung von Mikrogasturbinen-Anlagen mit elektrischen Wirkungsgraden > 30%

� Technologieeinbindung der Synthesegasgenerierung aus Produktionsrest- und

-abfallstoffen mittels Wirbelschichtvergasung

� Weiterentwicklung der Mikrogasturbinen-Komponenten durch Einsatz keramischer Werkstoffe

- zur thermischen Synthesegasnutzung (bisher nur Erdgas im Einsatz)

- zur Erhöhung der Verbrennungstemperatur (Wirkungsgradsteigerung)

� Optimierung von Brennkammer und Turbinenlaufrad durch Simulation des Verbrennungs- und

Materialverhaltens

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Kompetenzen und Ausstattung - Projektvorschlag Klärschlammverbrennung -

- Entwicklung und Realisierungsbegleitung von Feuerungsanlagen für unterschiedliche Festbrennstoffe (Leistungsbereich 1..10 MW)

- 3D-CAD zur konstruktiven Untersetzung

- Simulation von Feuerungsanlagen mit CFD

- Technikum mit Versuchsanlagen zur Wirbelschichtverbrennung (15..100 kW)

- Konzeption und Realisierung von Anlagensteuerung und -visualisierung (Basis Siemens STEP7 und WinCC)

- ggf. Projektimplementierung im Innovationscluster „Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie“

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.