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: ISDND 4 824 Nm³/u verse lucht Fuel IN: 60,8 Nm³CH4/h µtag 200kWé NOx = 9 ppm@15%o2 24 ppm@5%o2 CO = 40 ppm@15%o2 107 ppm@5%o2 NOx < 9ppm CO < 40ppm hetzij 50 mg/nm³ 85dB MAX zonder Overkapping op 10m 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-turbine TM 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 Heel lage emissies Heel lage onderhoudsfrequentie Hoge beschikbaarheid Geen motorolie Eén n enkel draaiend onderdeel Ongevoelig voor de verschillende brandstofschommeling en Verbrandingsmotor Talrijke mobiele onderdelen Hoog olieverbruik Hoge onderhoudskostprijs Gevoelig voor methaanschommelingen Beperkte & willekeurige levensduur CAPSTONE C30 C65 C200 Vermogen (met hulpinrichtingen zonder de compressor) Netto rendement @ ISO standaard voorwaarden Gasverbruik stuk Nominale spanning,frequentie 30kW 65kW 200 kw 26% 30% 33% 115kW 230kW 606 kw 230 / 400 V; 50/60 Hz 230 / 400 V; 50/60 Hz 230 / 400 V; 50/60 Hz 40 000 uur 40 000 uur 40 000 uur Overkapping voor werking Overkapping voor werking Overkapping voor werking buiten/binnen buiten/binnen buiten/binnen H : 1942mm ; L1518mm ; B H : 2080mm ; L1956mm ; B H : 2490mm ; L3660mm ; B 762mm 762mm 1700mm 0.3kg/s 85kW 0,5 kg/s 188kW 1,33 kg/s 358kW 261 305 280 Brandstof Aardgas / Biogas / Diesel Aardgas / Biogas Aardgas / Biogas Lawaai < 75 db @10m < 85 db @10m < 85 db @10m Levensduur van het motorlichaam Verpakking Afmetingen Gewicht 478 kg 758 kg 2.270 kg Emissies @ 15 % O 2 NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm NOx < 9 ppm ; CO < 40 ppm Debiet / vermogen van de uitlaatgassen Temperatuur van de uitlaatgassen 4
Vermogensbalans: microtubine C30 115 kw PCI CH4= 9,96kWh/Nm³ 12,1 Nm³/u van CH4 C30 30kWé Cos φ=1 400V 50Hz η globaalc30 = 74% 55 kw thermisch Vermogensbalans: microtubine C65 230 kw PCI CH4= 9,96kWh/Nm³ 24,2 Nm³/u van CH4 C65 65kWé Cos φ=1 400V 50Hz η globaalc65 = 79% 117 kw thermisch 5
Vermogensbalans: microtubine C200 606 kw PCI CH4= 9,96kWh/Nm³ 60,8 Nm³/u van CH4 C200 200kWé Cos φ=1 400V 50Hz η globaalc200 = 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) Compressie 6bar Schoepencompressor Biogas: CH4: 50% 25 Nm³/u 125mbar Filtering: H2S Siloxanen<0,1mg/Nm³ COV s Rookgassen: [261 315] C 17Nm³/u µtag 590 C 50 C 60 C 55 kwth Warm water: Gebouwen Slibdroging Kweek van bacteriën C 96.000omw/min T 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 > 5500microturbines, waarvan > 600 werkend op biogas Frick Zwitserlandbiogas van STEP 30 1 x C30, CCF 2002 Reunion Frankrijk ontladingsbiogas 30 1 x C30 febr-04 Marche en Famenne België biogas van STEP 30 1 x C30, CCF juni-04 Wels Oostenrijk aardgas 60 1 x C60, CCF sept-04 Biodrive Zwitserlanddiesel 30 1 x C30 nov-04 Uttewil Zwitserlandbiogas 60 2 x C30, CCF nov-04 Otelfingen Zwitserlandbiogas 30 1 x C30 dec-04 Des Ignes België ontladingsbiogas 60 2 x C30 jan-05 Morgental Zwitserlandbiogas van STEP 60 2 x C30, CCF mei-05 EIfER Duitsland Diesel 60 2 x C30, CCF juni-05 Rheinbischofsheim Duitsland aardgas 30 1 x C30, CCF sept-05 Bad Goisern Oostenrijk biogas van STEP 60 2 x C30, CCF sept-05 Bachen-Bülach Zwitserlandbiogas 30 1 x C30 okt-05 Hannover Duitsland aardgas 60 1 x C60, CCF dec-05 Leoben Oostenrijk biogas van STEP 30 1 x C30, CCF dec-05 Ebelsberg Oostenrijk aardgas 30 1 x C30, CCF febr-06 Osona Spanje ontladingsbiogas 30 1 x C30 febr-06 Obersee Zwitserlandbiogas van STEP 30 1 x C30, CCF apr-06 Segorbe Spanje Propan 30 1 x C30 apr-06 Serrallarga Spanje ontladingsbiogas 30 1 x C30 juni-06 Ferngas Linz Oostenrijk aardgas 30 1 x C30, CCF juli-06 Eichelbuck Duitsland ontladingsbiogas 130 2 x CR65 okt-06 1 x C65, koeling Osnabrück Duitsland aardgas 65 van absorptie dec-06 Edar de Rubi Spanje biogas van STEP 130 2 x CR65 nov-06 Darmstadt Duitsland biogas van STEP 65 1 x CR65 dec-06 FH Offenburg Duitsland aardgas 65 1 x C65, CCF dec-06 augustu Granja de Ramon Spanje biogas 260 4 x CR65 s-07 augustu Mauthausen Oostenrijk biogas van STEP 65 1 x CR65 s-07 Atrium LOI) Spanje aardgas 230 4 x C65 mei-07 HoogwaterconceptOostenrijk diesel 65 1 x C65 mei-07 WWTP VTA1 Duitsland biogas van STEP 130 2 x CR65 juni-07 WWTP VTA2 Oostenrijk biogas van STEP 65 1 x CR65 juni-07 La Corona Spanje aardgas 780 12 x C65 juli-07 12
Vergelijking µturbine // Motor < 1MW Motor Microturbine Netto rendementen 30% tot 37% 26% tot 33% Aanvaard variatiegebied (brandstofgehalte) Stabiliteit van de elektrische rendementen Flexibiliteit Aanvaardt weinig variatie in de kwaliteit van het biogas (Algemeen manuele regeling om de brandstofgehaltevariaties te volgen) Verminderende rendementen wanneer geëxploiteerd met gedeeltelijke lading Oplossing 2/3 1/3 die het mogelijk maakt een minimale productie te waarborgen en rendementsverliezen te voorkomen bij grote kwaliteitsschommelingen van de afzetting Cogeneratie -Warmte te recupereren op 3 plaatsen : -Uitlaatrookgassen -Olie -Koelingsvloeistof Conclusie Aangepast voor sites die meer dan 700kW kunnen verdragen, met een stabiele biogasproductie die rijk aan methaan is, waarbij weinig flexibiliteit vereist is Aanvaardt +/- 20% variatie van CH4 (Automatische regeling van de ingespoten hoeveelheid lucht en biogas, O2-overschot) Stabiele rendementen Parallelle installatie en variatiegebied die het mogelijk maken de te valoriseren hoeveelheid brandstdof te volgen Warmte volledig geconcentreerd in de uitlaatrookgassen Aangepast voor sites die minder dan 800kW kunnen verdragen, met een variabele biogasproductie die niet zo rijk aan methaan is, waarbij flexibiliteit vereist is Vergelijking µturbine // Motor < 1MW (vervolg) Onderhoud Groot onderhoud Motor - Onderhoud van specialist -Grote gevoeligheid voor microverontreinigingsstoffen in het biogas -Beheer van de olie doorslaggevend en bindend 60 000 tot 80 000 uur (vervanging van het motorlichaam) 3 weken of meer productiestop Microturbine - Eenvoudig onderhoud -Verplichte aanwezigheid van een compressor, - Afwezigheid van olie 40 000 uur (vervanging van het enige mobiele onderdeel) één tot twee dagen productiestop van 30% 13
Xavier LOMBARD Dank u voor uw aandacht Xavier.lombard@verdesis.com www.verdesis.net 14