Mikrogasturbine
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Abwasserreinigungsanlage Morgental<br />
Steinach Kanton St. Gallen<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 1
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Ausbaugrösse:<br />
heute um 50‘000 EW<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Abwasserreinigungsanlage<br />
Morgental<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
• Aggregat ersetzen oder Änderung Verfahren?<br />
• Soll der Ersatz durch das gleiche Produkt und Fabrikat erfolgen?<br />
• Ist ein Wechseln auf ein anderes Produkt und Lieferanten zu<br />
bevorzugen?<br />
• Sind die Leistung der neuen Einrichtungen zu erhöhen oder zu<br />
vermindert?<br />
• Wird mit den neuen Einrichtungen der Energieeinsatz vermindert?<br />
• Sind gleichzeitig mit dem Einbau der neuen Aggregate auch<br />
Änderungen an den Installationen notwendig, die den Betrieb und<br />
Unterhalt erleichtern?<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Gasverwertungsanlagen in den letzten Jahren<br />
- ab 1973 - 1991 1 Gasmotor 75 PS mit Gebläse 2‘160 m 3 /h<br />
- 1995 bis 2005 2 BHKW mit je 55 kW el und 28 m 3 /h<br />
Gasverbrauch<br />
- ab Juni 2005 2 <strong>Mikrogasturbine</strong>n mit je 30 kW el und<br />
ca. 17 m 3 /h Gasverbrauch<br />
- ab Nov. 2007 3. <strong>Mikrogasturbine</strong><br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Warum Ersatz 1. Anlagen durch 2 BHKW:<br />
• Alter des Gasmotors mit Gebläse<br />
• neue Abgasvorschriften<br />
• neue Belüfter in Biologie<br />
• Gasmotor mit Generator besser einsetzbar als mit<br />
Gebläse<br />
• bessere Abwärmenutzung mit BHKW<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Erfahrungen mit BHKW 1994 bis 2004:<br />
• bereits bei Betriebsaufnahme öfterer Einsatz durch Lieferfirma für<br />
Programmeinstellungen<br />
• nach Wechsel Fachfirma guter Betrieb<br />
• teure Revisionen und Ersatzteile<br />
• Serviceintervalle von anfänglich 800 Betriebsstunden reduziert auf 600 h<br />
(neue Zündkerzen, Getriebeöl, Ventileinstellungen, Mannstunden)<br />
• mit längerer Laufdauer öfterer Betriebsstillstand<br />
• Abgaswerte nur schwer erreichbar, führte in letzten Betriebsjahren zur<br />
Leistungsreduktion auf 70 %<br />
• auf 2003/4 Generalrevision in Aussicht (€ 15‘000.– /Anlage)<br />
• Vorschlag für Ersatz € 85‘000.--/Anlage!<br />
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<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
BHKW 1995 – 2005 vor Abtransport<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Wunschziele für neue Anlage:<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
• Einfache Bedienung und Unterhalt der Anlagen<br />
• Sicheres Einhalten der geforderten Abgaswerte<br />
• Betrieb mit Teillast möglich<br />
• Wenig empfindlich bei kurzfristiger Änderung der Klärgas-<br />
Zusammensetzung<br />
• gutes Preis- / Leistungsverhältnis<br />
• wenn möglich zukunftsträchtiges System<br />
• gleichartige Anlagen bereits in Betrieb<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Künftige Gasverwertung in der ARA Morgental!!!!<br />
Abfackeln<br />
Kombibrenner in Heizzentrale<br />
BHKW wie bisher<br />
Brennstoffzellen<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong><br />
Aufbereitung und Einspeisung in Erdgasnetz<br />
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Gründe für Wahl <strong>Mikrogasturbine</strong>n:<br />
� Abfackeln (nicht umweltverträglich, Notlösung bei Gasüberschuss,<br />
Betriebsausfall Gasanlagen)<br />
� Kombibrenner in Heizzentrale<br />
� BHKW wie bisher (Abgaswerte immer gesichert erreichbar?)<br />
� Brennstoffzellen (mit Klärgas immer noch in Pilotphase)<br />
� <strong>Mikrogasturbine</strong> (viele Anlagen mit Erdgas, eine Pilotanlage in<br />
ARA Frick mit Klärgas in Betrieb)<br />
� Aufbereitung / Einspeisung in Erdgasnetz (bei Systemauswahl<br />
noch kein Thema, keine Gasleitung in der Nähe)<br />
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<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Kostenvergleich zwischen Gasmotor und <strong>Mikrogasturbine</strong>:<br />
Quantitative Wertung<br />
Installation<br />
Gesamtinstallation*<br />
Servicekosten** und<br />
Amortisation<br />
Vermiedene Stromkosten***<br />
Jahresertrag<br />
[1'000 €]<br />
[1'000 €/a]<br />
[1'000 €/a]<br />
[1'000 €/a]<br />
Gasmotor<br />
1 x 80 kW el<br />
• Bei <strong>Mikrogasturbine</strong>n sind im Preis Wärmetauscher, Kompressor usw.<br />
für den späteren Betrieb einer dritten Turbine enthalten;<br />
• Siloxanfilter beim Preisvergleich nicht enthalten, da bei beiden Fällen<br />
vorgesehen mit 7‘500 € (Umrechnung 1 € ~ SFr. 1.65)<br />
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176<br />
32<br />
35<br />
2,9<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong><br />
2 x 30 kW el<br />
170<br />
26<br />
28<br />
1,5
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Technologischer Vergleich zwischen Gasmotor und<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong><br />
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<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Projekt: <strong>Mikrogasturbine</strong> Capstone CR 30<br />
Radialkompressor, -turbine und Generator auf gemeinsamen Welle mit<br />
wartungsfreier Luftlagerung<br />
Hohe, variable Drehzahl (bis 100'000 U/min)<br />
niedrige Brennkammerdrücke (3 – 4,5 bar)<br />
tiefe Temperaturen (900 – 980 ºC)<br />
Vorwärmung der komprimierten Luft mittels eines Abgaswärmetauschers,<br />
des sogenannten Rekuperators<br />
Hochfrequenter Permanentmagnet-Generator ohne Erregungseinrichtung,<br />
der mit Hilfe der Leistungselektronik auch als Motor zum Anfahren der<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong> verwendet wird<br />
Gleichrichtung/Wechselrichtung des im Permanentmagnet-Generator<br />
erzeugten hochfrequenten Wechselstroms<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Projekt: Nebenanlagen<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Gaskompressor (7,5 bar) und Gastrocknung als Installationseinheit*<br />
Chiller zur Kühlung des Kühlkreislaufes im Gastrockner<br />
Steuerungseinheit für Gaskompressor, Druck- und<br />
Temperaturüberwachung<br />
Röhrenwärmetauscher und Abluftanlagen für Turbinenabgase*<br />
Siloxanfilter*<br />
* ausgelegt für Betrieb von 3 Turbinen<br />
Projektkredit ohne Siloxanfilter € 170‘000<br />
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Stuttgart<br />
Siloxanfilter<br />
Grundausrüstung für BHKW<br />
wie für <strong>Mikrogasturbine</strong>n auf<br />
den meisten ARAs erforderlich<br />
Grösse für drei Turbinen<br />
Zwei-Kammer-Filter<br />
mit Aktivkohle 220 l Inhalt<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Abgaswärmetauscher<br />
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Abgaswärmetauscher nach Einbau <strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Das Paket aus den USA die Spannung steigt!<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 18
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Der skeptische<br />
Blick eines<br />
Mitarbeiters<br />
Abmessungen<br />
:<br />
H: 1.94 m<br />
B: 0.76 m<br />
L: 1.52 m<br />
405 kg<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Anlagegrösse:<br />
Zwei <strong>Mikrogasturbine</strong>n Typ Capstone CR 30 mit je<br />
Leistungen elektrisch 30 kW, thermische 60 kW<br />
Elektrischer Wirkungsgrad 26 %, Gesamtwirkungsgrad 78 %<br />
Eine Gasaufbereitungsanlage mit Kompressor (7,5 kW) und<br />
Entwässerungsanlage für Rohgas<br />
Ein Abwärmetauscher mit 180 kWth Nennleistung für die Nutzung<br />
der Abgasabwärme<br />
Eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) für<br />
automatischen Betrieb und Visualisierung vor Ort<br />
Zwei-Kammer-Siloxanfilter 220 l<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Anlage in<br />
Betrieb<br />
mit zwei<br />
Turbinen<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Anlage in<br />
Betrieb<br />
mit drei<br />
Turbinen<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Gaszuführung<br />
elektrisches<br />
Gasventil<br />
sowie Filter<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 23
Fachtagung Energie<br />
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Turbine<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 24
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Stuttgart<br />
Turbine<br />
Betriebswerte:<br />
96‘000 U/min<br />
um 600 ºC<br />
Betriebstemp.<br />
Bruttoleistung<br />
15 - 30 kWel<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 25
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Turbine<br />
+<br />
Elektronik<br />
-<br />
teil<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
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Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Welche Nebenanlagen<br />
sind<br />
für den Betrieb<br />
notwendig?<br />
Kühlmaschine<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 27
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Kühler des Gases und Erwärmer des Gases<br />
zur Turbine über längere Transportleitung<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 28
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Stuttgart<br />
Welche Nebenanlagen sind<br />
für den Betrieb notwendig?<br />
Gaskompressor 3,8 bis 7 bar<br />
Gesamtenergieverbrauch<br />
Nebenanlagen<br />
4,3 bis 7,5 kWel<br />
variiert, je nach Aussentemp.,<br />
Gastemperatur und<br />
Methangehalt<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 29
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Stuttgart<br />
Kompressor<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 30
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Welche Nebenanlagen sind<br />
für den Betrieb notwendig?<br />
Steuerschrankteil zur<br />
Steuerung Nebenanlagen<br />
und Koordination mit<br />
Turbinen<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 31
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Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Garantierte Abgaswerte für <strong>Mikrogasturbine</strong> gemäss Vertrag:<br />
Stickoxide < 18 mg/m 3 , 15 % O2, 100 % Last<br />
Kohlenmonoxid < 240 mg/m 3 , 15 % O2, 100 % Last<br />
Emmissionswerte gemessen nach ca. 2‘500 Betriebsstunden<br />
Stickoxide (Nox)<br />
Kohlenmomoxid (CO)<br />
Messwerte<br />
< 2 mg/Nm 3<br />
220 mg/Nm 3<br />
LRV-Grenzwerte<br />
150 mg/Nm 3<br />
250 mg/Nm 3<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 32
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Erfahrungen:<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
• Anlage lief bereits bei erster Einschaltung einwandfrei<br />
• kurze Aussetzer nach ein paar Tagen, da Kondenswasser in<br />
langer Transportleitung<br />
• nach Optimierung Gastrocknung kein Problem mehr<br />
• Überprüfung und Eingriff ins System über Telefonleitung durch<br />
Hersteller in Kalifornien funktioniert<br />
• weitere kurze Unterbrüche durch:<br />
- schlechte Gasqualität nach Sanierung Faultürme<br />
- Störung an Frequenzumformer für Gaskompressor<br />
• Eigenpersonaleinsatz nur für gelegentlichen Kontrollgang<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 33
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
Stromgestehungskosten bei Lebensdauer der Turbinen von<br />
etwa 12 bis 15 Jahren<br />
Investitionen drei Turbinen mit Peripherie € 230’000<br />
Servicekosten: pro Betriebsstunde 28,5 Cent<br />
Siloxanfilter (pro Jahr ein Aktivkohle wechseln) € 910<br />
Diverses: jährlich € 600<br />
Überholung Heissgassystem<br />
nach 40'000 Betriebstunden ~ € 5’000<br />
Stromgestehungskosten 3,8 bis 4,4 Cent/kWh<br />
mittlerer Strombezugspreis 2007<br />
inkl. Leistungstarif vom örtlichen Werk 6,7 Cent/kWh<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 34
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Stuttgart<br />
Gasfackel<br />
auch mit<br />
Gasturbinen<br />
noch<br />
gelegentlich<br />
in Betrieb<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 35
Fachtagung Energie<br />
Stuttgart<br />
Turbine für<br />
200 kW<br />
<strong>Mikrogasturbine</strong>n<br />
18. Juni 2008 U. Achermann, St. Gallen 36
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