ORC för elproduktion i värmeverk Barbara Goldschmidt 1
Nyttan av projektet Elproduktion i mindre biobränsleeldade anläggningar Billigare än konventionell ångturbinteknik Ett antal referensanläggningar bl a i Österrike ORC-tekniken har under de senaste fem åren blivit aktuell också i bioenergi-anläggningar 2
Teknik Biougn Hetoljepanna ORC-krets 3
Primärkrets 4
Sekundärkrets 5
Hetoljekretsen 6
Hetoljepanna 7
ORC-kretsen 8
ORC-modul 9
Prestanda Nettoelverkningsgrad (ORC-krets) 18% Nettoelverkningsgrad (från bio) 15% Nettoelverkningsgrad (tvåkretssystem) 19-20% (ORC-krets) 16% (från bio) Hetoljepannans verkningsgrad ~80% (inklusive fjärrvärmeeko >90%) 10
Tvåkrets-ORC 11
Dellastprestanda 12
ORC-teknikens fördelar ORC-enheten har bra dellastegenskaper, dellast ner till 10% är möjlig och ner till 50% last är verkningsgraden nästan konstant. ORC-turbinen är långsamgående, så att man kan använda en direktdriven generator. Det organiska arbetsmediet är mer kompakt än vattenånga. Detta gör att turbinen kan byggas mer kompakt, vilket ger en låg periferhastighet. Detta, ihop med det låga varvtalet, innebär att den mekaniska belastningen på turbinen bli låg. Arbetsmediet är fritt från fukt, vilket minimerar risken för erosionsskador på turbinen. ORC-enheterna är helt slutna, vilket minimerar förlust av arbetsmedium (var viktigt i de traditionella geotermianläggningarna med traditionella köldmedier) och har hög tillgänglighet och låga driftkostnader. Ljudnivån är låg bl a på grund av det låga varvtalet. Högst ljudnivå har den inkapslade generatorn, ca 80-85 db(a) på 1 m avstånd. 13
Hetoljepannans fördelar Hetoljepannan är lättreglerad (styrs på oljetemperatur) och lätt att automatisera. Anläggningen kan skötas av personal utan utbildning i ångteknik. Ingen vattenreningsanläggning behövs. 14
Hetoljekretsens nackdelar Kostnaden för hetoljekretsen Hanteringen av hetoljan vid t ex oljebyte 15
Leverantörer Tillverkare av biobränsleugnar Tillverkare av hetoljepannor Tillverkare av turbiner och ORC-moduler Entreprenörer och ingenjörs-företag 16
Tillverkare av biobränsleugnar Kohlbach Gruppe Mawera Holzfeuerungsanlagen GmbH Polytechnik Luft- und Feuerungstechnik GmbH 17
Tillverkare av hetoljepannor Maxxtec AG Kohlbach Gruppe Mawera Holzfeuerungsanlagen GmbH HTT Energy Systems GmbH 18
Tillverkare av ORC-turbiner/moduler Turboden S. r. l. Adoratec GmbH Dresser-Rand Nadrowski Turbienen GmbH GMK Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen AG Kühnle, Kopp & Kausch (Siemens) 19
Entreprenörs/ingenjörsföretag Bios Bioenergiesysteme Adoratec GmbH Aldavia BioEnergy GmbH 20
Svenska tillverkare av ORC-moduler Opcon Entrans 21
Referensanläggningar Bioenergi-anläggningar med elproduktion i storleksområdet 0,5-2 MW e. Bl a i Österrike och Tyskland har ett antal installationer gjorts under början av 2000-talet. Idag (år 2007) finns ett 70-tal biobränslebaserade ORC-anläggningar i drift i Europa och ytterligare ett 30-tal håller på att installeras och driftsättas. Sammanlagt ca 100 anläggningar. 22
Admont Driftsatt 1999 Processånga, värme och el till träindustri 400 kw ORC-turbin 23
Lienz Driftsatt 2001 Kraftvärmeverk 1 MW ORC-turbin 24
Fussach Driftsatt 2002 Värme till absorptionskylmaskin på närliggande industri, el RT-eldad ugn 1,1 MW el (netto) På anläggningen, som är en mottagnings- och omlastningsstation för avfall, finns också en 1 MW deponigasmotor och en 1 MW dieselmotor för eldning av matoljeavfall 25
Fussach 26
Bruckmühl Driftsatt 2006 Värme till foder- och flistork, el Ugnen eldas med grot och flis 1,5 MW ORC-modul (körs vid 1,2-1,3 MW pga begränsat värmeunderlag) 27
Hennstedt Driftsatt 2005 Värme till växthus, el 0,5 MW ORC-modul Utbyggnad med ytterligare ORC-modul (1,5 MW) 28
Investering (2 MW el) enl lev.uppgifter ORC-modul, 9 000 kr/kwe (rökgassidig koppling) ORC-modul, 23 000 kr/kwe (spillvattensidig koppling) ORC+hetoljepanna, 15 000 kr/kwe Biougn+hetolje-panna+ORC-modul, 27 000 kr/kwe Biougn+hetolje-panna+ORC-modul+bygg, 40 000kr/kWe Verklig kostnad: Biougn+hetolje-panna+ORC-modul+bygg, 37 000 kr/kwe (Bruckmühl) 29
Elproduktionskostnad (2 Mwe) Avskrivningstid 15 år Ränta 5% Årsdrifttid 5.000 h Biobränslekostnad 140 kr/mwh DoU-kostnader 1,5% av inv + 1,2 Mkr/10 år för hetolja Totalverkningsgrad bio 90% Nettoelverkningsgrad bio 15% Total investering KVV (inkl bygg) 80 Mkr Elproduktionskostnad 55 öre/kwh 30
Elproduktionskostnad (500 kwe) spillvattensidig koppling Avskrivningstid 15 år Ränta 5% Årsdrifttid 5.000 h Nettoelverkningsgrad spillvärme10% Total inv spillvärme-orc (exkl kyltorn) 11,5 Mkr Elproduktionskostnad 51 öre/kwh 31
Investering (2 Mwe) med konventionell ångturbin Total investering KVV (inkl bygg) 110-120 Mkr Specifik investering 55-60 000 kr/kwe 32
Utvecklingsmöjligheter Fallstudie med jämförelse av ekonomin för biobränslebaserad elproduktion i anläggning på 10 MW v med ångturbin resp med ORC-turbin i hetoljekoppling, baserat på svenska förhållanden Utredning av möjligheten att använda ORC-teknik för elproduktion ur spillvärme i fjärrvärmevatten eller industriellt spillvatten Utredning av möjligheterna att använda ORCteknik för elproduktion ur industriell spillvärme i rökgaser och avgaser 33