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Biomasse-Energietechniken Samuel Stucki, Paul Scherrer Institut.

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Präsentation zum Thema: "Biomasse-Energietechniken Samuel Stucki, Paul Scherrer Institut."—  Präsentation transkript:

1 Biomasse-Energietechniken Samuel Stucki, Paul Scherrer Institut

2 SS Januar 2006 Biomasse-Energietechniken Die Rolle von Biomasse als Energieträger Technologie-Übersicht, Wirkungsgrade und Kosten Beispiele für Technologien auf der Basis Vergasung ¯ Stromerzeugung ¯ Synthetische Treibstoffe Wärme- und Abwärmenutzung - ein heisses Thema Schlussfolgerungen

3 SS Januar 2006 Biomasseanteil Primärenergie

4 SS Januar 2006 Brennholzanteil in der Energieversorgung Biomasse ist eine Armeleute-Energie

5 SS Januar 2006 Biomassenutzung und Gesundheit Indoor Air Pollution Fighting a massive health threat in India Posing a serious health threat to women and children in developing countries is the burning of household fuels. India currently bears the largest number of indoor air pollution (IAP)-related health problems in the world, with 75 percent of its households burning wood, dung, and crop residuesthe "traditional" biomass fuels. An estimated 500,000 women and children die in India each year due to IAP-related causes this is 25 percent of estimated IAP-related deaths worldwide.

6 SS Januar 2006 Traditionelle Holzenergienutzung in der Schweiz: Wintersmog in Roveredo

7 SS Januar 2006 Quelle: Bundesamt für Energie 2004: Potentiale zur energetischen Nutzung von Biomasse in der Schweiz Biomasse kann einen bedeutenden Beitrag zur Energieversorgung der Schweiz leisten Gesamtes ökol. Potenzial: ~10% Bruttoverbrauch CH

8 SS Januar 2006 Randbedingungen für moderne Biomassenutzung 1.Verstärkte Biomassenutzung darf nicht auf Kosten der Umwelt erfolgen (Schadstoffemissionen, Stoffkreisläufe, Biodiversität). 2.Energie-Effizienz: höchstmögliche Gesamtwirkungsgrade sind erforderlich, um den maximalen Substitutionseffekt für fossile Energien zu erzielen; 3.Exergie-Effizienz: Im Unterschied zu anderen erneuerbaren Energien lassen sich aus Biomasse sowohl Strom als auch Treibstoffe bereitstellen. Diese Optionen sollten wenn immer möglich genutzt werden 4.Um wirtschaftlich zu sein, müssen Bio-Energiesysteme sich möglichst in bestehende Transport- und Verteilinfrastrukturen für Energie integrieren lassen;

9 SS Januar 2006 Netto Photosyntheseertrag mechanisch Oelmühle biotechnisch anaerobe Vergärung alkohol. Gärung thermisch Verbrennung Vergasung - Synthese Pflanzenöl 20-30% Methan 20-30% Ethanol 20-30% Synfuels 40-70% Strom 20-45% Wärme 70-90% Roh-Biomasse Umwandlung Produkte Thermische Prozesse versprechen hohe Wirkungsgrade! Energieprodukte aus Biomasse

10 SS Januar 2006 Therm.Vergasung Gasreinigung Heizkessel Gasmotor, Gasturbine, Brennstoffzelle Chemische Umwandlung: Synth. Benzin, Synth. Erdgas Wasserstoff Wärme Strom Treibstoff Dampfprozess Holz: zu schade um nur zu verbrennen

11 SS Januar 2006 Holz Verbren- nung Vergasung Dampfturbine Gasreinigung Dampfprozess konventionell Gasmotor Dampfturbine Dampfprozess ORC Brennstoffzelle Gasturbine Wärme Strom Dampfmotor Produktion von Strom (und Wärme) aus Holz

12 SS Januar 2006 Verstromung von Holz: Technologie und Anlagengrösse bestimmen den Wirkungsgrad

13 SS Januar 2006 Spezifische Investitionskosten: Je grösser, desto günstiger

14 SS Januar 2006 Stromkosten aus Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen 4000 h/y 6000 h/y Invest 100% Invest 50% Stromkosten (Rp/kWh) Holzpreis (Rp/kWh) Holzpreis (Rp/kWh) Wärme: 0……….8 Rp/kWh Stromkosten (Rp/kWh)

15 SS Januar 2006 Holz Verbren- nung Vergasung Dampfturbine Gasreinigung Dampfprozess konventionell Gasmotor Dampfturbine Dampfprozess ORC Brennstoffzelle Gasturbine Wärme Strom Dampfmotor Produktion von Strom (und Wärme) aus Holz

16 SS Januar 2006 Gas Wärme Gas PrinzipBeispiel einer technischen Ausführung Holz Asche Luft Gegenstromvergaser: Wärme wird Über Teilverbrennung mit Luft erzeugt Holzvergasung

17 SS Januar 2006 Heizkraftwerk Wimmis

18 SS Januar 2006 Anlage Spiez: 200 kWel, 270 kWth

19 SS Januar 2006 Wärme Gas PrinzipBeispiel einer technischen Ausführung Holz FICFB Vergaser: Wärme wird separat durch Verbrennen der Holzkohle erzeugt Produktgas Abgas Luft Sand Holzkohle O O O O O O FICFB Dampf Sand 850°C Holzvergasung, indirektes Prinzip

20 SS Januar 2006 Schema der Anlage Güssing Heizkraftwerk Güssing; 8 MW th, 2 MW el

21 SS Januar 2006 Holz Verbren- nung Vergasung Dampfturbine Gasreinigung Dampfprozess konventionell Gasmotor Dampfturbine Dampfprozess ORC Brennstoffzelle Gasturbine Wärme Strom Dampfmotor Produktion von Strom (und Wärme) aus Holz

22 SS Januar 2006 Gegenstrom- Vergaser Holzpellets Silo Fackel Luft (1,3 kg/h) p Produktgas (250 l n /h, 400 °C) SOFC- Stack p Luft Abgas Partikelfilter Strom Versuchsanlage für Kopplung der Holzvergasung mit der Hochtemperatur-Brennstoffzelle

23 SS Januar 2006 Teerhaltiges Gas kann direkt in der Brennstoff- Zelle umgesetzt werden Direkte Kopplung eines Gegenstrom- Festbettvergasers mit einer SOFC-Brennstoffzelle

24 SS Januar 2006 Erreichbarer Wirkungsgrad für Strom, bzw. Wärme und Strom? Wie sauber muss das Gas sein? Welche Bestandteile des Gases verursachen Probleme in der Brennstoffzelle? Kann eine Kombination Vergaser - Brennstoffzelle Kostenvorteile bieten? Wärme-geführte WKK? Fragestellungen Kopplung Holzvergasung - Brennstoffzelle

25 SS Januar 2006 Biomasse Synthesegas Synfuel CH 1.49 O 0.6 CO, H 2, CO 2 C x H y (synth. Diesel) CH 4 (synth. Erdgas) CH 3 OH (Methanol) H 2 (Wasserstoff) Thermische Umwandlung zu sekundären Energieträgern

26 SS Januar 2006 Wirkungsgrad: % Biomass-to-Liquids Verfahren der Firma CHOREN

27 SS Januar 2006 Schweizerisches Hochdrucknetz (25 …. 70 bar) SNG: Synthetic Natural Gas Vergasung Gasreinigung Methanierung Kompression Aufbereitung CH 4 CO 2 Umwandlung von Holz zu synthetischem Erdgas

28 SS Januar 2006 Catalyst H CO 0.4 CO CH C 2 H N H CO 25.3 CO CH C 2 H N Heizkraftwerk Güssing; 8 MW th, 2 MW el Katalytische Umwandlung von Holzgas zu Methan

29 SS Januar 2006 PSI erforscht am Kraftwerk Güssing die katalytische Umsetzung von Holzgas zu synthetischem Erdgas. Ziel: Erarbeitung der technischen Grundlagen für den Bau einer 20 MW-Anlage in der Schweiz. Technologieentwicklung durch A-CH F&E-Konsortium Nächste Phase: 2 MW Pilot im Burgenland PSIs Methanierungsanlage in Güssing

30 SS Januar 2006 SNG Verstromung von Holz: Technologie und Anlagengrösse bestimmen den Wirkungsgrad

31 SS Januar 2006 Stadt Haus SNG-Anlage GasnetzStromnetz GW MW kW Wärmenetz Gas-WKK Region Land Biomasse- WKK Gas-Kombi Vision: Optimale Netzintegration von Biomasse Gas-WKK EWP Biomasse- WKK

32 SS Januar 2006 Moderne Biomassenutzung kann wertvolle Beiträge zur Substitution von fossilen Energieträgern leisten Nachhaltige Biomassenutzung erfordert effiziente und saubere neue Technologien Wirtschaftlichkeit ist eine Frage der Technologie und des Anlagen- Massstabs. Integration von Biomassetechnologien in Nahwärmenetze ist ein Muss für kleine Anlagen mit beschränktem Wirkungsgrad. Schlussfolgerungen


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