Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

für flüssigen Sauerstoff und DKP
9.1 Energetische Effizienz und Kosten des SCWO-Verfahrens
H ˙W S F O2,el
� ˙Q glob = � ˙Q DKP,m ex � ˙W P,m � ˙W P,m �
�G,el mit � DKP,m = Wirkungsgrad DKP thermisch zu mechanisch: 0,43 [Kli-2001]
˙W V,m = mechanische Leistung für Verdichterbetrieb in W
F ˙W P,m
S ˙W P,m
� G,el
= mechanische Leistung für Betrieb Feedpumpe in W
= mechanische Leistung für Betrieb Sauerstoffpumpe in W
= Wirkungsgrad Generator mechanisch zu elektrisch: 0,87 [Kli-2001]
Für eine technische Realisierung des angestrebten Dampfkraftprozesswirkungsgrades von
(9.7)
0,43 ist zur Zeit eine Turbine von mehreren MW mechanischer Leistung erforderlich [Sie-
2002, Sie-2005]. Kommerziell erhältliche Dampfturbinen der Leistungsklasse < 1 MW
(mechanisch) arbeiten laut den Herstellern Siemens AG und Kühnle, Kopp und Kausch AG
weniger effizient. Unter der Annahme einer zukünftigen technischen Wirkungsgradopti-
mierung kleinerer Turbinen wird von Fachleuten für einen Dampfkraftprozesswirkungsgrad
von 0,43 eine mechanische Mindestturbinenleistung von 200 kW bis 1 MW genannt [Gug-
2001, Sie-2002]. Daher wird für eine Abhitzenutzung im Dampfkraftprozess eine Mindest-
turbinenleistung von 1 MW vorausgesetzt. Nach Klingler ist im SCWO-Prozess hierfür eine
organische Beladung des Zulaufs mit mindestens 8 % (g g -1 ) erforderlich [Kli-2001].
Tabelle 9.2: Mindestgehalt an organischer Substanz worg,min in vier Varianten des SCWO-Prozesses bei
50 MPa für verschiedene energetische Anforderungen. Bei niedrigen Feedkonzentrationen muss
Zusatzbefeuerung (z. B. über Erdgas) erfolgen, um die Reaktionstemperatur zu erreichen. Die lokale und
globale Energiebilanz sind im Text erläutert. DE: Dampferzeugung, DKP: Dampfkraftprozess zur
Stromerzeugung, 1) mehr mechanische Energie für Antriebe (Pumpen, Verdichter) benötigt, als an der
Dampfturbine frei wird, 2) kann im untersuchten Konzentrationsbereich nicht erreicht werden, 3) für
technische Realisierung mindestens 8 % (g g -1 ) organische Substanz im Zulauf erforderlich.
Prozessvariante ohne Zusatzbefeuerung
worg,min / % (g g -1 )
lokal mehr Energie
genutzt als zugeführt
worg,min / % (g g -1 )
global mehr Energie
genutzt als zugeführt
worg,min / % (g g -1 )
1 komprimierte Luft und DE 1 3 - 2)
2 komprimierte Luft und DKP (1) 1) (3) 1) 7 3)
3 flüssiger Sauerstoff und DE 1 2 3
4 flüssiger Sauerstoff und DKP (1) 1) 2 3 3)
189