Cogeneratie via microturbine Cogeneratie : Toestand van de techniek !-BIOGAZ-
Voorgesteld door: Xavier LOMBARD Afgevaardigd Bestuurder
Microturbine bijzonder geschikt voor: • • • •
Gesloten ISDND CH4<40% ISDND met daling van het biogasdebiet van 9% of meer Strikte emissieverplichtingen Kleine gedecentraliseerde producties (vanaf 25Nm³/u voor 50%CH4) • De geoptimaliseerde valorisatie van de stortingen, STEP en biomassa.
1
De microturbines ten dienste van het milieu: NOx = 9 ppm@15%O2
24 ppm@5%O2 CO = 40 ppm@15%O2
107 ppm@5%O2
ISDND
Fuel IN: 60,8 Nm³CH4/h NOx < 9ppm CO < 40ppm hetzij 50 mg/Nm³
µTAG
Ov
85 d
B
200kWé 4 824 Nm³/u verse lucht
M A 10 erk m a p X zo pi nd ng er op
Verhouding O2/CH4 = 4x stoichiometrische verhouding van de verbranding : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Gunstigste totale verbranding van het metaangas
Bovendien: • Beperkt onderhoud – Geen olie – Eén enkel draaiend onderdeel – Om de 8000u
• Optimale beschikbaarheid: 94…98% • Cos φ=1 • Valorisatie van arme afzettingen >35%CH4 (<> motor: 40%min) • Gebruiksflexibiliteit (transporteerbaar)
2
Capstone Microturbine: De micro-turbineTM Capstone gebruikt een gepatenteerd rollagersysteem op luchtkussen, wat het gebruik van olie volledig wegneemt. De CO- en NOx-emissies zijn extreem laag, evenals de onderhoudskostprijs
Aanbevolen onderhoud 8.000 uren
Actie
• Luchtfilter (motorlichaam) • Luchtfilter (elektronisch) • Gasfilter (intern) • Gasfilter (extern)
Vervangen Reinigen Inspecteren Vervangen
16.000 uren
Actie
• Thermokoppel turbine • Bougies • Fuelinjector
Vervangen Vervangen Vervangen
3
Microturbine // Motor Microturbine Microturbine • Heel lage emissies • Eén enkel draaiend • Heel lage onderdeel onderhoudsfrequentie • Ongevoelig voor de • Hoge beschikbaarheid verschillende brandstofschommeling • Geen motorolie en
Verbrandingsmotor Verbrandingsmotor • Talrijke mobiele onderdelen • Hoog olieverbruik • Hoge onderhoudskostprijs • Gevoelig voor methaanschommelingen • Beperkte & willekeurige levensduur
CAPSTONE Vermogen (met hulpinrichtingen zonder de compressor) Netto rendement @ ISO standaard voorwaarden Gasverbruik stuk Nominale spanning,frequentie Brandstof
C30
C65
C200
30kW
65kW
200 kW
26% 115kW
30% 230kW
33% 606 kW
230 / 400 V;
50/60 Hz
230 / 400 V;
50/60 Hz
230 / 400 V;
50/60 Hz
Aardgas / Biogas / Diesel
Aardgas / Biogas
Aardgas / Biogas
< 75 dB @10m
< 85 dB @10m
< 85 dB @10m
40 000 uur
40 000 uur
40 000 uur
Verpakking
Overkapping voor werking buiten/binnen
Overkapping voor werking buiten/binnen
Overkapping voor werking buiten/binnen
Afmetingen
H : 1942mm ; L1518mm ; B 762mm
H : 2080mm ; L1956mm ; B 762mm
H : 2490mm ; L3660mm ; B 1700mm
Lawaai Levensduur van het motorlichaam
Gewicht Emissies @ 15 % O2 Debiet / vermogen van de uitlaatgassen
Temperatuur van de uitlaatgassen
478 kg
758 kg
2.270 kg
NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm
NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm
NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm
0.3kg/s
85kW
℃
261
0,5 kg/s
188kW
℃
305
1,33 kg/s
358kW
℃
280
4
Vermogensbalans: microtubine C30
30kWé
115 kW PCI CH4= 9,96kWh/Nm³
C30
12,1 Nm³/u van CH4
Cos φ=1 400V 50Hz
ηglobaal C30 = 74% 55 kW thermisch
Vermogensbalans: microtubine C65
65kWé
230 kW PCI CH4= 9,96kWh/Nm³
C65
24,2 Nm³/u van CH4
Cos φ=1 400V 50Hz
ηglobaal C65 = 79% 117 kW thermisch
5
Vermogensbalans: microtubine C200
200kWé
606 kW PCI CH4= 9,96kWh/Nm³
C200
60,8 Nm³/u van CH4
Cos φ=1 400V 50Hz
ηglobaal C200 = 78% 275 kW thermisch
Microturbines en cogeneratie: • TROEVEN: – Warmte alleen geconcentreerd in de rookgassen – Heel goede rendementen voor kleine vermogens – Lage onderhoudskosten – Hoge beschikbaarheid
6
Types cogeneratie: • Standaard: warmterecuperatie • Door naverbranding in een stookketel (in ontwikkelingsfase) – Microturbine C200 + recuperatieketel (HS-brander) De rookgassen, die rijk zijn aan zuurstof (18%), worden naar een recuperatieketel gezonden als oxidatiemiddel.
Cogen standaard (type Des Isnes) Biogas: Compressie 6bar
CH4: 50%
Schoepencompressor
25 Nm³/u 125mbar
Filtering: H2S
Rookgassen: [261…315]°C
Siloxanen<0,1mg/Nm³
17Nm³/u
55 kWth Warm water:
COV’s
µTAG 590°C
C
96.000omw/min
T
50°C 60°C
Gebouwen Slibdroging Kweek van bacteriën …
30kWé Verse lucht:
50hz
960Nm³/u
Cosφ=1
7
Evaluatie van de opbrengsten: • Werkingskosten: – Behandeling van het biogas – Onderhoud van de uitrustingen – Energie: GRATIS Totaal: 3 tot 5 k€ volgens de behandeling
Zuiveringsstation van Frick (Zwitserland) Voor het eerst in Europa werd een turbine werkend op biogas van zuiveringsstation geïnstalleerd door Verdesis, in Zwitserland, in januari 2003.
8
Toepassingen Cogen Verdesis in België: • Marche en Famenne: – 1 x C30
• Isnes (Gembloux) – 2 x C30
De STEP van Marche (België) De eerste turbine in België werkend op biogas Een Verdesis Project opgestart in april 2004
9
De STEP van Marche (België) •Maximaal elektrisch vermogen : 30kWé •Thermisch vermogen : 55kWth •Methaangehalte : [55% : 65%] •Debiet : 18Nm³/u •Totaal COV : 250mg/m³ •Siloxanen + silanol : 3mg/m³ Filtrering met actief grafiet •Geraamde werkingsduur: 6000u (beperkte gashoeveelheid) •Aanvankelijke investering (buiten subsidie) : 120.000€ •Netto jaarlijkse voordeel : 20.500€ / jaar •Enkele rendementstijd (zonder cogen) : 6 jaar
De ISDND van Isnes (België)
10
De ISDND van Isnes (België)
De ISDND van Isnes (België) •Maximaal elektrisch vermogen : 60kWé •Thermisch vermogen : 110kWth •Methaangehalte : [45% : 55%] •Debiet : 42Nm³/u •Totaal COV : 200mg/m³ •Siloxanen + silanol : 3mg/m³ Filtrering met actief grafiet •Werkingsduur: 8000u
11
Conclusie: • Microturbines: – – – –
Heel lage emissies Eenvoudig en beperkt onderhoud Flexibiliteit met één of meerder turbines Aankoppeling aan het netwerk zonder moeilijkheden dank zij de ingebouwde elektronica.
• Micro-cogeneratie: – Complexe maar rendabele projecten aangepast aan de kleine gedecentraliseerde energieproducties – Voordelen van de groene certificaten
Referenties microturbines CAPSTONE Er bestaan in de wereld : Sinds 1989 > 5500 microturbines, waarvan > 600 werkend op biogas
Frick
Zwitserlandbiogas van STEP
30 1 x C30, CCF
Reunion Marche en Famenne Wels Biodrive
Frankrijk
30 1 x C30
febr-04
België biogas van STEP Oostenrijk aardgas Zwitserlanddiesel
30 1 x C30, CCF 60 1 x C60, CCF 30 1 x C30
juni-04 sept-04 nov-04
Uttewil Otelfingen Des Ignes
Zwitserlandbiogas Zwitserlandbiogas België ontladingsbiogas
60 2 x C30, CCF 30 1 x C30 60 2 x C30
nov-04 dec-04 jan-05
Morgental Zwitserlandbiogas van STEP EIfER Duitsland Diesel Rheinbischofsheim Duitsland aardgas
60 2 x C30, CCF 60 2 x C30, CCF 30 1 x C30, CCF
mei-05 juni-05 sept-05
Bad Goisern Bachen-Bülach Hannover
Oostenrijk biogas van STEP Zwitserlandbiogas Duitsland aardgas
60 2 x C30, CCF 30 1 x C30 60 1 x C60, CCF
sept-05 okt-05 dec-05
Leoben Ebelsberg Osona
Oostenrijk biogas van STEP Oostenrijk aardgas Spanje ontladingsbiogas
30 1 x C30, CCF 30 1 x C30, CCF 30 1 x C30
dec-05 febr-06 febr-06
Obersee Segorbe Serrallarga
Zwitserlandbiogas van STEP Spanje Propan Spanje ontladingsbiogas
30 1 x C30, CCF 30 1 x C30 30 1 x C30
apr-06 apr-06 juni-06
Ferngas Linz Eichelbuck
Oostenrijk aardgas Duitsland ontladingsbiogas
Osnabrück Edar de Rubi
Duitsland aardgas Spanje biogas van STEP
30 1 x C30, CCF juli-06 130 2 x CR65 okt-06 1 x C65, koeling 65 van absorptie dec-06 130 2 x CR65 nov-06
Darmstadt FH Offenburg
Duitsland biogas van STEP Duitsland aardgas
65 1 x CR65 65 1 x C65, CCF
ontladingsbiogas
2002
Oostenrijk biogas van STEP Spanje aardgas
65 1 x CR65 230 4 x C65
dec-06 dec-06 augustu s-07 augustu s-07 mei-07
Hoogwaterconcept Oostenrijk diesel WWTP VTA1 Duitsland biogas van STEP WWTP VTA2 Oostenrijk biogas van STEP
65 1 x C65 130 2 x CR65 65 1 x CR65
mei-07 juni-07 juni-07
La Corona
780 12 x C65
juli-07
Granja de Ramon Spanje Mauthausen Atrium LOI)
Spanje
biogas
aardgas
260 4 x CR65
12
Vergelijking µTurbine // Motor < 1MW Motor
Microturbine
Netto rendementen
30% tot 37%
26% tot 33%
Aanvaard variatiegebied (brandstofgehalte)
Aanvaardt weinig variatie in de kwaliteit van het biogas (Algemeen manuele regeling om de brandstofgehaltevariaties te volgen)
Aanvaardt +/- 20% variatie van CH4
Stabiliteit van de elektrische rendementen
Verminderende rendementen wanneer geëxploiteerd met gedeeltelijke lading
Stabiele rendementen
Flexibiliteit
Oplossing 2/3 – 1/3 die het mogelijk maakt een minimale productie te waarborgen en rendementsverliezen te voorkomen bij grote kwaliteitsschommelingen van de afzetting
Parallelle installatie en variatiegebied die het mogelijk maken de te valoriseren hoeveelheid brandstdof te volgen
Cogeneratie
-Warmte te recupereren op 3 plaatsen : -Uitlaatrookgassen -Olie -Koelingsvloeistof
Warmte volledig geconcentreerd in de uitlaatrookgassen
Conclusie
Aangepast voor sites die meer dan 700kW kunnen verdragen, met een stabiele biogasproductie die rijk aan methaan is, waarbij weinig flexibiliteit vereist is
Aangepast voor sites die minder dan 800kW kunnen verdragen, met een variabele biogasproductie die niet zo rijk aan methaan is, waarbij flexibiliteit vereist is
(Automatische regeling van de ingespoten hoeveelheid lucht en biogas, O2-overschot)
Vergelijking µTurbine // Motor < 1MW (vervolg) Motor
Microturbine
Onderhoud
- Onderhoud van specialist -Grote gevoeligheid voor microverontreinigingsstoffen in het biogas -Beheer van de olie doorslaggevend en bindend
- Eenvoudig onderhoud - Verplichte aanwezigheid van een compressor, - Afwezigheid van olie
Groot onderhoud
60 000 tot 80 000 uur (vervanging van het motorlichaam) 3 weken of meer productiestop
40 000 uur (vervanging van het enige mobiele onderdeel) één tot twee dagen productiestop van 30%
13
Dank u voor uw aandacht Xavier LOMBARD
[email protected]
www.verdesis.net
14
