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Fraunhofer IFF Geschäftsfeld Prozess- und Anlagentechnik Energie- und Ressourceneffizienz - Forschen und Entwickeln für die Praxis - LAV Markranstädt, 15.10.2014
© Fraunhofer IFF, Magdeburg 2014
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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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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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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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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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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Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
10 Folie 10
Effiziente Energiewandlung - Brenngaserzeugung -
Trockene Hochtemperatur-Gaskonditionierung (Thermisch-katalytischer Reformer)
Wirbelschicht-Gasgenerator
Gaswäsche (Quenche, Venturiwäscher, Füllkörperkolonne, Demister)
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Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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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Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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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Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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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“
© Fraunhofer IFF, Magdeburg 2014
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Schenk
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.