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Einbindung des Dampfschraubenmotor-Prozesses in ein
Biomasse-Heizkraftwerk (Beispiel) |
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Anlagenbeschreibung Biomasse-Heizkraftwerks
Hartberg |
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Das seit 1987 von der WBG betriebene Fernheizwerk versorgt über einen
Dampfkessel einen nahe gelegenen Industriebetrieb mit Prozesswärme und über
Dampf-Wasser-Wärmetauscher den Großteil der Stadt Hartberg mit Fernwärme.
Durch die Einbindung eines Dampf-Schraubenmotors (DSM) können seit dem Jahr
2003 zusätzlich zur Produktion von Wärme aus erneuerbarer Energie auch
erhebliche Mengen an Ökostrom in das öffentliche Netz eingespeist werden >
Anlagenschema.
Der im Biomasse-Wasserrohrkessel erzeugte
Dampf gelangt nach Durchlaufen des Überhitzers und des nachgeschalteten
Einspritzkühlers in den Schraubenmotor
(Dampfparameter: 255°C, 25 bar), in welchem er je nach erforderlicher
Vorlauftemperatur des Fernwärmenetzes auf 0,5 - 1,5 bar (entsprechend 80 -
110°C) entspannt wird.
Nach Verlassen des
Schraubenmotors kondensiert der Abdampf in der Kondensationsanlage und gibt seine
Nutzwärme (ca. 4.800
kWth bei Nennlast) an den Warmwasserkreislauf des Fernwärmenetzes ab.
Der im Heizkraftwerk
Hartberg eingesetzte Schraubenmotor besteht aus einer kleineren Hochdruckstufe
und einer größeren Niederdruckstufe, die über ein Getriebe gekoppelt sind und
einen Asynchrongenerator antreiben (>
Bild).
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Die elektrische
Nennleistung (brutto) der Schraubenmotor-Anlage beträgt 730 kWel.
Durch den Einsatz der
Schraubenmotor-Anlage werden rund 80% des Wärmebedarfs des Fernwärmenetzes
über die Kondensationsanlage des KWK-Moduls (Dampf-Schraubenmotor-Kondensator)
bereitgestellt.
Der restliche Teil der benötigten Wärmemenge wird über die
Heizkondensatoren (Spitzen- und Schwachlast) bzw. die Ölkessel (bei Revision
des Biomasse-Kessels) abgegeben.
Die KWK-Anlage wird wärmegeführt betrieben, d.h., der Prozess wird derart
gesteuert, dass die aus dem Dampf-Schraubenmotor-Prozess ausgekoppelte Wärme
vollständig genutzt werden kann.
Dadurch ist sichergestellt, dass ein hoher
Gesamtwirkungsgrad des Prozesses erreicht und die im Brennstoff enthaltene
Energie bestmöglich genutzt wird.
Quelle: Bioenergiesysteme, Graz
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Technische Daten |
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Nenndaten Kesselanlage:
Kesselnennleistung 18 MW
Kesseldruck
(Genehmigungsdruck) 32 bar
Nenndaten KWK-Modul:
Dampfleistung Input 5.640 kW
Nenndampfdurchsatz 8,1 t/h
Dampfparameter Schraubenmotor-Eintritt 255°C / 25
bar
Elektrische Nennleistung (brutto) 730 kW
Elektrische Nennleistung (netto) 710 kW
Nutzwärmeleistung Kondensator 4.800 kW
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Dampfparameter Schraubenmotor-Austritt 80-110° C / 0,5-1,5
bar
Elektrischer Wirkungsgrad bei Nennlast 12,6 %
Energiebilanz KWK-Modul:
Thermischer Input (überhitzter Dampf) 22.560 MWh/a
Produzierte elektrische Energie 2.780 MWh/a
Thermischer Output am DSM-Kondensator 19.230 MWh/a
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Sicherheit,
Regelung, Personalbedarf |
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Sicherheitstechnische Aspekte
Um eine sichere Trennung von Arbeitsmedium und Ölkreislauf zu gewährleisten,
ist der Dampf-Schraubenmotor mit einem eigenen Sperrluftsystem ausgestattet.
Das Eindringen von Öl in den Dampfkreislauf bzw. der Eintrag von Wasserdampf
in den Ölkreislauf wird dadurch verhindert, dass mit Hilfe eines Gebläses
Sperrluft zwischen die Labyrinthdichtungen auf Seite des Arbeitsfluids und der
Lagerstelle eingeblasen wird.
Regelung
Die Regelung der DSM-Anlage erfolgt über eine
speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS), die sowohl einen automatischen An- und Abfahrbetrieb als auch
eine Synchronisation an das elektrische Netz ermöglicht.
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Personalbedarf
Durch die vollautomatische Regelung ist ein praktisch unbemannter Betrieb des
DSM-Prozesses möglich.
Hinsichtlich der erforderlichen Wartung und
Instandhaltung ist standardmäßig eine einmalige Routineüberprüfung der Anlage
pro Jahr durch die Herstellerfirma vorgesehen, die ein bis zwei Tage dauert.
Eventuelle Störfälle sind über die Prozessvisualisierung und automatische
Betriebsdatenspeicherung via Personalcomputer klar nachvollziehbar und werden
dem Betreiber über ein Telenot-System sofort mitgeteilt.
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Vorteile der Dampf-Schraubenmotor-Technologie |
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Der Dampf-Schraubenmotor weist im Vergleich zu konventionellen
KWK-Technologien eine Reihe von Vorteilen im kleinen Leistungsbereich auf:
Vergleichsweise hoher elektrischer Wirkungsgrad für eine Kraft-Wärme-Kopplung
im kleinen Leistungsbereich (< 1.000 kWel).
Sehr gute Teillastwirkungsgrade über einen weiten Lastbereich.
Lastschwankungen zwischen 30% und 100% der elektrischen Nennleistung werden
problemlos bewältigt (wichtig für wärmegeführten Betrieb).
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Unempfindlich auf Änderungen der Dampfqualität (selbst Flüssigkeit im Dampf
ist für Schraubenmotoren unproblematisch).
Gesicherte Trennung zwischen Dampfkreislauf und Ölkreislauf durch ein
Sperrluftsystem.
Geringe Personalkosten aufgrund des vollautomatischen Betriebes und der
einfachen Bedienung.
Geringe Wartungskosten aufgrund der robusten und einfachen Bauweise.
Marktreife Anlagen
sind verfügbar.
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Für
wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen
Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.
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