Automatisierung des Basic Engineering einer Produktgasaufbereitungsstrecke für die weitere Verwertung

Abstract

Die Technologie der Zweibettwirbelschicht-Dampfvergasung ist schon seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand der Forschung. Auch mehrere industrielle Anlagen wurden gebaut, gingen allerdings aus verschiedenen Gründen wieder vom Netz. Es zeigt sich, dass sich bei den spezifischen Investitionskosten pro kWel noch kein Lerneffekt eingestellt hat und die Kosten kaum gesunken sind.Um die Wirtschaftlichkeit der Zweibettwirbelschicht-Dampfvergasungsanlagen zu verbessern und den Betrieb einer solchen attraktiver zu machen, wurde im Zuge dieser Diplomarbeit ein Excel-Tool entwickelt. Das „BE Wizard“ (Basic Engineering Wizard) getaufte Tool dient zur Automatisierung des Basic Engineering der Produktgasreinigungsstrecke einer Zweibettwirbel-schicht-Dampfvergasungsanlage mit Holzhackschnitzeln zur Strom- und Wärmegewinnung. In diesem Tool werden Lessons-Learned aus dem Betrieb von bestehenden Anlagen in die Auslegung der Apparatemodelle eingearbeitet. So soll das Basic Engineering nicht nur durch die Automatisierung um ein Vielfaches schneller von statten gehen und so Planungskosten sparen, sondern auch den nachfolgenden Betrieb durch die Verwendung der bestmöglichen Technologien erleichtern. So kann die Anlage schneller Volllaststunden erreichen und wirtschaftlicher betrieben werden.Für BE Wizard werden die Daten aus einer IPSEpro-Prozesssimulation der Produktgasreinigungsstrecke importiert und aufbereitet. Diese Daten dienen als Grundlage für die Auslegung der Apparate. Für jeden Apparat wird in Autodesk Inventor ein 3D-Modell generiert. Alle diese Abläufe geschehen möglichst benutzerfreundlich und schnell. Wo möglich werden dem Benutzer Arbeitsschritte von VBA-Makros abgenommen.In der technoökonomischen Bewertung wurden die Stromgestehungskosten für zwei fiktive DFB-Anlagen berechnet, welche mit BE Wizard ausgelegt wurden. Es zeigte sich, dass die Stromgestehungskosten gesenkt werden konnten. Die Planungskosten konnten gesenkt werden, einen großen Beitrag zur Verringerung der Stromgestehungskosten konnte durch das schnellere Erreichen der Volllaststunden gelingen. Darüber hinaus wurde eine Sensitivitätsanalyse über den Einfluss der verschiedenen Parameter auf die Stromgestehungskosten durchgeführt. Im Vergleich mit einer Gas- und Dampf-Anlage liegen die Kosten zur Stromerzeugung über denen einer DFB-Anlage mit BE Wizard. Auch der Vergleich mit dem Energiepreis aus dem österreichischen Strommix eines durchschnittlichen Haushalts zeigt, dass die Kosten für Strom aus den zwei fiktiven Anlagen weit höher liegen. Hier ist die Politik und Gesetzgebung gefragt, um den Ausbau von erneuerbaren Energien mit Förderungen, Steuern und Marktprämien zu fördern.

Over the last decades the technology of dual fluidized bed gasification with steam as gasification agent has been a subject of research. Several industrial plants have been built, yet some of them had to cease operation due to various reasons. It was found that there was no considerable learning effect in the specific investment costs per kWel.To boost the profitability of the DFB technology and make the operation of such plants more attractive, an Excel tool has been developed for this master thesis. The tool called “BE wizard” (basic engineering wizard) automatizes the basic engineering of a producer gas cleaning line of a DFB plant with steam of wood chips to generate power and heat. In this tool, all the lessons-learned of existing industrial plants are included in the used apparatus models. Not only the automatized basic engineering is done much quicker and easier, but also the operation of a plant with the best technology available is much more profitable. Such plants can reach full load hours faster.The Excel tool BE Wizard imports data from an IPSEpro process simulation of a producer gas cleaning line and processes it. This data represents the basis for further design of the apparatus. Each apparatus will be calculated and a 3D model in Autodesk Inventor is generated. All these processes are obtained fast and user-friendly. If possible, VBA macros take care of as many work steps as possible.A techno-economical evaluation of the levelized costs of electricity (LCOE) for two hypothetical DFB plants, which have been planned using BE wizard, was conducted. It was found that the LCOE declined due to the decrease in planning costs and increase in full load hours. Moreover, a sensitivity analysis was performed to gain information about the influence of various param-eters regarding the LCOE. Comparing the costs of the two hypothetical DFB plants and a combined cycle power plant with natural gas it was found out that the LCOE of the DFB plants are still higher. Comparing these two DFB plants with the Austrian energy price for an average household also showed that the LCOE for the DFB plants are much larger. Therefore, government and legislation should take action to boost the expansion of renewable energy by governmental promotion, taxes and market premiums.