BioSynergis kraftvarmesystem

BioSynergi Proces ApS udvikler og markedsfører et komplet kraftvarmesystem, der via en forgasningsproces udnytter brændselsflis fra skovbruget til kombineret el- og varmeproduktion (kraftvarmeproduktion).

Anlægget er designet til at anvende almindelig brændselsflis fra skovbruget. Ved modtagelsen har brændselsflisen typisk et vandindhold på 40-55 % af totalvægt.

Den centrale proces i kraftvarmesystemet omsætter brændselsflis til en brændbar gas. Det foregår ved en forgasningsproces i en såkaldt trinopdelt Open Core medstrøms gasgenerator. Princippet og udformningen af gasgeneratoren er patenteret af BioSynergi Proces ApS. Gassen benyttes som brændstof i et almindeligt gasmotoranlæg, der producerer el og varme. Det samlede anlæg er udviklet til ubemandet, automatisk drift.

Til at demonstrere anlægskonceptet har BioSynergi i 2003 opført et pilot- og demonstratonsanlæg, der er døbt Castor anlægget. Det er opstillet hos Græsted Fjernvarme i Nordsjælland som modtager varmeproduktionen mens elproduktionen afsættes til  elnettet. Til udviklingen og demonstrationsdriften af anlægskonceptet har BioSynergi modtaget tilskud fra Energistyrelsens UVE-program.

Den første optænding af gasgeneratoren fandt sted i slutningen af 2003. Det samlede anlæg er herefter blevet bygget færdigt og benyttes nu til test, driftsoptimering og demonstration af ubemandet drift med el og varmeproduktion.

Castor anlægget har en nominel eleffekt på ca. 75 kW og en varmeeffekt på 165 kW. En nærmere beskrivelse af Castoranlægget findes i afsnittene herunder. Der findes også en udgave som er god til udskrift (en pdf fil) her.

Bemærkelsesværdig høj energieffektivitet.
Hovedformålet med demonstrationsanlægget er at bane vej for kommende større kraftvarmesystemer, der opføres efter de samme afprøvede principper. De kommende anlæg bliver i intervallet 250 – 1.000 kW el (600-2.500 kW varme), der tillige får højere el- og varmevirkningsgrader.

Biosynergi råder over et et PC-baseret simuleringsprogram, der er udviklet i et samarbejdsprojekt med Danmarks Tekniske Universitet, Lyngby. Ved hjælp af simuleringsprogrammet beregnes procesværdier og energibalancer for hver af de komponenter, som tilsammen danner det samlede kraftvarmesystem.

 

Tabellen herunder præsenterer simuleringsprogrammets nøgletal for den næste størrelse af BioSynergi kraftvarmesystem, som nu er under forberedelse.   

 

kW

%

Indfyret effekt

(skovflis, 45 % vandindhold)

1245

100

Nyttiggjort eleffekt

333

26

Nyttiggjort varmeeffekt

750

60

Samlet energiudnyttelse

 

86

Beregnede nøgletal ud fra processimulering af BioSynergi kraftvarmesystem i størrelsen 300 kW el/750 kW varme. Ved simuleringen er selve gasmotoranlæggets elvirkningsgrad konservativt forudsat til kun 30 %.

På trods af det meget forsigtige estimat på 30 % elvirkningsgrad for kraftvarmesystemets gasmotoranlæg, er tabellens værdier for el og varmeudbyttet i samme klasse som 15-20 gange større traditionelle biomassefyrede dampbaserede kraftvarmesystemer.

BioSynergis kraftvarmesystem gør det derfor oplagt at opføre mange relativt små, men meget energieffektive kraftvarmeværker på biomasse. En af fordelene ved små kraftvarmeanlæg er blandt andet at produktionen af el og varme kan foregå tæt på de skovområder, hvor træet til flisproduktionen vokser. Det mindsker behovet for landevejstransport af biomassen - og dermed lastbilernes CO2 udslip.

Sådan fungerer demonstrationsanlægget
Elproduktionen leveres af en elgenerator, der er tilkoblet gasmotoren.
Varmen, der sælges til fjernvarmeforsyning, produceres tre steder på anlægget:

 

Generelt principdiagram for BioSynergis kraftvarmesystem. Her er det illustreret for en anlægsstørrelse på ca. 75 kW el/165 kJ/s varme.

 

Flismodtagelse og tørring
Frisk brændselsflis ankommer til anlægget med lastbil. Brændslet placeres derefter i anlæggets flissilo, der er forbundet til flistransportsystemet. Dette fører den våde brændselsflis til tørring i en 5 meter lang tromletørrer. Den opvarmes med udstødningsgassen fra gasmotoren.

Den tørrede flis har herefter et vandindhold på 15-20 % af totalvægt og føres af transportsystemet videre til indfyring i toppen af gasgeneratoren.

Gasgeneratoren
Den trinopdelte gasgenerator er enkelt opbygget. Den er en såkaldt Open Core type og kan i princippet være i drift med fri adgang til toppen af brændselslaget, som befinder sig i dens centrum. Ved normal drift holdes toppen dog lukket, så der kan tilføres forvarmet luft til forgasningen. Brændsel, luft og produktgas bevæger sig i samme retning ned gennem gasgeneratoren.

De indre dele af gasgeneratoren er fremstillet af ildfaste keramiske materialer og afsluttes i bunden med en bevægelig rist.

Aske fra forgasningen udtages gennem en vandlås i bunden af gasgeneratoren. Allerede fra starten af designfasen er konstruktionen udført med henblik på at sliddele skal være lette at udskifte og at konstruktionens hovedsektioner skal være lette at adskille og samle på stedet.

Luft til forgasningsprocessen reguleres til fordeling mellem tre adskilte områder i gasgeneratoren. En del af luften tilføres gasstrømmen lige efter pyrolyseringen og medvirker bl.a. til temperaturstigning og intern omsætning af hovedparten af tjærestofferne fra pyrolysen.

Gasrensningen
Produktgassens temperatur er ca. 550 °C når den forlader gasgeneratoren. Den nedkøles straks ved passage af en varmeveksler, der forvarmer luften til forgasningsprocessen.

Produktgassen fortsætter til en vandkølet varmeveksler, som afkøler den til ca. 120°C. Rensningen af produktgassen for partikler og tjærestoffer sker herefter i et posefilter.

Efter posefiltret køles produktgassen en gang til og når dermed en passende lav temperatur på ca. 60 °C inden den tilføres gasmotoren. Undervejs til gasmotoren har produktgassen passeret en gassuger, der sørger for at holde undertryk i gasgeneratoren og hele vejen frem til blæserens indløb.

Der forekommer ikke spildevand fra gasrensningen, da produkgassens temperatur hele vejen frem til motoren holdes højere end dugpunktet for gassens indhold af vanddamp.

Under start og opvarmning af anlægget føres produktgassen gennem et bypass rør udenom posefiltret og sendes af blæseren til afbrænding i en udendørs gasfakkel.

Gasmotoren
Gasmotoren er en 8-cylindret Deutz MWM, der er tilkoblet en asynkron 1500 o/min elgenerator med en nominel el-effekt på 90 kW.

Varmen fra kølevand og motorolie udnyttes til varmeproduktion, mens udstødningsvarmen i første omgang anvendes til tørring af brændselsflis. Efter tørringen genvindes energien i den fugtige udstødningsgas i en kondenserende røggaskøler, der også fjerner partikler fra gassen. Udstødningsgassen har til slut en temperatur på ca. 60-65 °C og er mættet med vanddamp, når den bortledes gennem skorstenen.