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

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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

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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

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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