B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
ORC för elproduktion i värmeverk
Grontmij AB
Barbara Goldschmidt
1
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Teknik
• Biougn
• Hetoljepanna
• ORC-krets
3
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Primärkrets
4
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Sekundärkrets
5
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Hetoljekretsen
6
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Hetoljepanna
7
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
ORC-kretsen
8
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
ORC-modul
9
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Tvåkrets-ORC
11
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Dellastprestanda
12
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Hetoljekretsens nackdelar
• Kostnaden för hetoljekretsen
• Hanteringen av hetoljan vid t ex oljebyte
15
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Leverantörer
•
•
•
•
Tillverkare av biobränsleugnar
Tillverkare av hetoljepannor
Tillverkare av turbiner och ORC-moduler
Entreprenörer och ingenjörs-företag
16
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Tillverkare av biobränsleugnar
• Kohlbach Gruppe
• Mawera Holzfeuerungsanlagen GmbH
• Polytechnik Luft- und Feuerungstechnik GmbH
17
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Tillverkare av hetoljepannor
•
•
•
•
Maxxtec AG
Kohlbach Gruppe
Mawera Holzfeuerungsanlagen GmbH
HTT Energy Systems GmbH
18
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Entreprenörs/ingenjörsföretag
• Bios Bioenergiesysteme
• Adoratec GmbH
• Aldavia BioEnergy GmbH
20
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Svenska tillverkare av ORC-moduler
• Opcon
• Entrans
21
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Referensanläggningar
• Bioenergi-anläggningar med elproduktion i
storleksområdet 0,5-2 MWe.
• 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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Admont
• Driftsatt 1999
• Processånga, värme och el till träindustri
• 400 kW ORC-turbin
23
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Lienz
• Driftsatt 2001
• Kraftvärmeverk
• 1 MW ORC-turbin
24
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Fussach
26
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Hennstedt
•
•
•
•
Driftsatt 2005
Värme till växthus, el
0,5 MW ORC-modul
Utbyggnad med ytterligare ORC-modul (1,5 MW)
28
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Elproduktionskostnad (2 Mwe)
•
•
•
•
•
•
•
Avskrivningstid
Ränta
Årsdrifttid
Biobränslekostnad
DoU-kostnader
Totalverkningsgrad bio
Nettoelverkningsgrad bio
15 år
5%
5.000 h
140 kr/MWh
1,5% av inv + 1,2 Mkr/10 år för hetolja
90%
15%
•
Total investering KVV (inkl bygg)
80 Mkr
•
Elproduktionskostnad
55 öre/kWh
30
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
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
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Investering (2 Mwe) med
konventionell ångturbin
•
Total investering KVV (inkl bygg)
110-120 Mkr
•
Specifik investering
55-60 000 kr/kWe
32
Grontmij AB
B Anläggnings- och
förbränningsteknik
Värmeforskdagar 2008
Utvecklingsmöjligheter
• Fallstudie med jämförelse av ekonomin för
biobränslebaserad elproduktion i anläggning på
10 MWv 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
Grontmij AB