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BEST hat deshalb ein optimierungsbasiertes Energiemanagementsystem entwickelt, welches durch seine modulare Bauweise schnell an verschiedene Anwendungsgebiete angepasst werden kann. So kommt es beispielsweise bereits bei der Regelung eines Gebäudeverbundes mit den unterschiedlichsten Wärme- und Stromquellen oder einem produzierenden Industriebetrieb zum Einsatz. Selbstlernende Prognosemethoden ermitteln eine Vorhersage des erwarteten Ertrages aus erneuerbaren Quellen sowie des erwarteten Bedarfs der Abnehmer. Mit Hilfe von mathematischen Modellen wird damit ein Optimierungsproblem formuliert, dessen Lösung eine optimale Betriebsstrategie liefert. Detaillierte Simulationsstudien für ein Stadtquartier haben ein finanzielles<br />
Einsparungspotential von etwa 6% gezeigt, welches sich selbst gegenüber einer bereits gut geplanten konventionellen Energieversorgung erzielen lässt.</p>
<p><strong>Was ist die CO-λ-Regelung</strong></p>
<p>Die CO-λ-Regelung überwacht mit der<a href="http://https://www.lamtec.de/produkte/messsysteme/o2coe/lt3-ks1d.html" target="_blank"> </a><a href="https://www.lamtec.de/produkte/messsysteme/o2coe/lt3-ks1d.html">Kombi-Sonde KS1D von LAMTEC </a>die Verbrennungsqualität und stellt einen optimalen Sauerstoffgehalt für die Verbrennung ein, bei dem die Biomassefeuerung mit maximalem Wirkungsgrad und minimalen Schadstoffemissionen betrieben wird. Dadurch wird trotz variierender Brennstoffeigenschaften und veränderlicher Betriebszustände eine optimale Verbrennungsqualität garantiert.</p>
<p><strong>Vorteile</strong></p>
<ul>
<li>Einsparung von Brennstoff- und Betriebskosten:
<ul>
<li>dadurch rechnet sich einer CO-λ-Regelung bereits nach kurzer Zeit.</li>
</ul>
</li>
<li>Verringerung von COe- und Staub-Emissionen:
<ul>
<li>dadurch werdentypische Probleme durch einen unvollständigen Ausbrand vermieden.</li>
<li>weniger Verschmutzung des Wärmetauschers</li>
</ul>
</li>
<li>Einfaches Nachrüsten bei bestehenden Biomassefeuerungen.</li>
</ul>
<p><strong>In der Praxis</strong></p>
<p>Im Langzeitbetrieb im Biomasseheizwerk Fuschl am See wurde ein Hackgutkessel (Nennleistung: 2,5 MW<sub>th</sub>) mit der CO-λ-Regelung nachgerüstet. Das Ergebnis: Staubemissionen nach dem Kessel konnten um knapp 20% reduziert werden. Auch die Schadstoffemissionen (CO und Staub) verringerten sich deutlich. Gleichzeitig konnte der Brennstoffverbrauch um knapp 4% reduziert werden.</p>
<p><strong>Einfacher und schneller Einbau</strong></p>
<ul>
<li>Die CO-λ-Regelung wird z.B. im Schaltschrank eingebaut und mit der bestehenden Anlagensteuerung per Kabel verbunden.</li>
<li>Die Steuersignale aus der CO-λ-Regelung werden in die Software der bestehenden Anlagenregelung eingebunden.</li>
<li>Im Rauchgasrohr am Kesselaustritt wird eine <a href="https://https://www.lamtec.de/produkte/messsysteme/o2coe/lt3-ks1d.html" target="_blank">Kombi-Sonde KS1D</a> eingebaut, das Sondenkabel am<a href="http://https://www.lamtec.de/produkte/messsysteme/o2coe/lt3-ks1d.html"> Lambda Transmitter LT3</a> angesteckt und dieser per Kabel mit der CO-λ-Regelung verbunden.</li>
</ul>
<p>Die einzige Voraussetzung: Die Biomassefeuerung ist mit einer funktionierenden O<sub>2</sub>-Regelung ausgerüstet.</p>
<p>Haben Sie Interesse? Wir beraten Sie gerne! Schreiben Sie einfach eine Mail <a href="mailto:co-lambda@best-research.eu">co-lambda@best-research.eu</a></p>
<p><strong>Presse</strong></p>
<p><a href="https://stmk.lko.at/kleine-sonde-f%C3%BCr-h%C3%B6here-effizienz-im-heizwerk+2500+3101363" target="_blank">https://stmk.lko.at/kleine-sonde-f%C3%BCr-h%C3%B6here-effizienz-im-heizwerk+2500+3101363</a></p>
<p><a href="https://www.studium.at/innovation-optimiert-verbrennungsqualitaet-bei-biomasseheizwerken" target="_blank">https://www.studium.at/innovation-optimiert-verbrennungsqualitaet-bei-biomasseheizwerken</a></p>
<p><a href="https://www.krone.at/2036282" target="_blank">https://www.krone.at/2036282</a></p>
<p><a href="/webroot/files/file/Innovation%20optimiert%20Verbrennungsqualit%C3%A4t%20bei%20Biomasseheizwerken%20-%C2%A0Science.apa.at_20191105_BEST.pdf">APA Science</a></p>
<p><a href="/webroot/files/file/Mit%20maximaler%20Effizienz%20und%20minimalen%20Schadstoffemissionen%20durch%20die%20Heizperiode_Wirtschaftsnachrichten_20191114_BEST.pdf">Wirtschaftsnachrichten</a></p>
<p><a href="https://www.best-research.eu/content/de/news_presse/presse_aktuell" target="_blank">Kleine Regelung - große Wirkung</a></p>
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A key objective for the operation of biomass boilers is to achieve the highest possible efficiency while emitting the lowest possible pollutant emissions. In order to automate this task, CO-lambda optimization methods have been proposed in literature that ensure that the biomass boiler is operated at the lowest excess air ratio at which no relevant pollutant emissions occur, maximizing efficiency as a result. Since this optimal excess air ratio depends on various external factors, such as fuel properties, CO-lambda optimization methods continuously incorporate new measurements of the excess air ratio and the carbon monoxide content of the flue gas and estimate a new optimal excess air ratio during operation.<br />
While achieving promising results in lab-scale tests, none of the CO-lambda optimization methods presented in literature has yet been able to gain practical acceptance. Either they are not robust enough and provide inaccurate estimates of the optimal excess air ratio or they are too slow and do not allow the optimal excess air ratio to be tracked sufficiently quickly. With the goal of providing a method that is fit for practical application, this publication presents a new modular approach for CO-lambda optimization that determines the optimal excess air ratio robustly and quickly, i.e. in real time.</p>
<p><br />
<strong>Method</strong><br />
The new approach for CO-lambda optimization approximates the correlation between the excess air ratio and the carbon monoxide content of the flue gas, the CO-lambda characteristic, with a continuous, algebraic, non-linear model function. For this purpose, it uses a recursive-least-squares algorithm to continuously identify the model function’s parameters that lead to the optimal fit with the measured data, which are the excess air ratio and carbon monoxide content of the flue gas. From these model parameters, the optimal excess air ratio is calculated and defined as a desired value for the biomass boiler’s existing controller. This existing controller then ensures, that the biomass boiler is operated with this desired optimal excess air ratio, thus, maximizing efficiency and decreasing pollutant emissions. As a result, this new approach for CO-lambda optimization is entirely modular and can be applied to any biomass boiler with an existing control strategy capable of accurately adjusting the excess air ratio. For the measurement of the carbon monoxide content of the flue gas, a separate sensor has to be used. For this study the commercially available and proven in-situ exhaust gas sensor “KS1D” provided by the company LAMTEC has been used.</p>
<p><br />
<strong>Long-term verification</strong><br />
The new approach for CO-lambda optimization was tested and validated at a biomass boiler with a nominal capacity of 2.5 MW that supplies a local heating network and combusts wood chips with a water content ranging from 30 w.t.% to 50 w.t.%. The long-term validation took place over an entire heating period, i.e. 5 months from November to March, during which the biomass boiler was operated alternately with the new approach for CO-lambda optimization and the standard control strategy, which means a constant desired residual oxygen content. In total the new approach for CO-lambda optimization was active for 1155 operating hours while the standard control strategy was active for 1310 operating hours. Compared to the standard control strategy, the new approach for CO-lambda optimization increased the biomass boiler’s efficiency by 3.8%, decreased total dust emissions by 19.5% and reduced carbon monoxide emissions on average (median) by 200 mg/m³. This demonstrates that the new approach for CO-lambda optimization is not only robust enough to run over a long period of time, it also leads to significant improvements in the biomass boiler’s operation. In addition, following these results, this new approach for CO-lambda optimization has also successfully been implemented and demonstrated at another biomass boiler with a nominal capacity of 1 MW where it has already been active for several months. This contribution presents the new approach to CO-lambda optimization in detail and discusses its technological and economic impact.</p>
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<br />
The optimization of existing biomass boilers in terms of efficiency and pollutant emissions is essential for their continued economic and ecological viability in future energy systems. These improvements are typically achieved by constructive changes which are expensive and can require prolonged downtimes. A well-known method for optimizing biomass boilers in terms of efficiency and pollutant emissions without constructive changes is the so-called CO-lambda-optimization. While multiple approaches for CO-lambda-optimization have been presented in literature, they are still rarely used in real biomass boilers. This is partly due to the fact that these approaches do not meet the requirements associated with their long-term operation in real biomass boilers. This contribution presents a new and modular approach for the CO-lambda-optimization which is specifically designed to meet these requirements. Particular emphasis in this contribution is laid on the long-term validation of the presented approach for CO-lambda-optimization at a medium-scale fixed-bed biomass boiler.</p>
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Die modulare CO-λ-Regelung für Biomassefeuerungen
Die Energieversorgung der Zukunft wird zu einem großen Teil von erneuerbaren Quellen abhängen. Da diese jedoch naturgegebenen Schwankungen unterliegen, gewinnen eine vorausschauende Betriebsstrategie sowie eine sektorübergreifende Bewirtschaftung von Energiespeichern zunehmend an Bedeutung. Die daraus resultierende Komplexität ist eine wesentliche Herausforderung beim Betrieb solcher Energiesysteme.
BEST hat deshalb ein optimierungsbasiertes Energiemanagementsystem entwickelt, welches durch seine modulare Bauweise schnell an verschiedene Anwendungsgebiete angepasst werden kann. So kommt es beispielsweise bereits bei der Regelung eines Gebäudeverbundes mit den unterschiedlichsten Wärme- und Stromquellen oder einem produzierenden Industriebetrieb zum Einsatz. Selbstlernende Prognosemethoden ermitteln eine Vorhersage des erwarteten Ertrages aus erneuerbaren Quellen sowie des erwarteten Bedarfs der Abnehmer. Mit Hilfe von mathematischen Modellen wird damit ein Optimierungsproblem formuliert, dessen Lösung eine optimale Betriebsstrategie liefert. Detaillierte Simulationsstudien für ein Stadtquartier haben ein finanzielles
Einsparungspotential von etwa 6% gezeigt, welches sich selbst gegenüber einer bereits gut geplanten konventionellen Energieversorgung erzielen lässt.
Was ist die CO-λ-Regelung
Die CO-λ-Regelung überwacht mit der Kombi-Sonde KS1D von LAMTEC die Verbrennungsqualität und stellt einen optimalen Sauerstoffgehalt für die Verbrennung ein, bei dem die Biomassefeuerung mit maximalem Wirkungsgrad und minimalen Schadstoffemissionen betrieben wird. Dadurch wird trotz variierender Brennstoffeigenschaften und veränderlicher Betriebszustände eine optimale Verbrennungsqualität garantiert.
Vorteile
- Einsparung von Brennstoff- und Betriebskosten:
- dadurch rechnet sich einer CO-λ-Regelung bereits nach kurzer Zeit.
- Verringerung von COe- und Staub-Emissionen:
- dadurch werdentypische Probleme durch einen unvollständigen Ausbrand vermieden.
- weniger Verschmutzung des Wärmetauschers
- Einfaches Nachrüsten bei bestehenden Biomassefeuerungen.
In der Praxis
Im Langzeitbetrieb im Biomasseheizwerk Fuschl am See wurde ein Hackgutkessel (Nennleistung: 2,5 MWth) mit der CO-λ-Regelung nachgerüstet. Das Ergebnis: Staubemissionen nach dem Kessel konnten um knapp 20% reduziert werden. Auch die Schadstoffemissionen (CO und Staub) verringerten sich deutlich. Gleichzeitig konnte der Brennstoffverbrauch um knapp 4% reduziert werden.
Einfacher und schneller Einbau
- Die CO-λ-Regelung wird z.B. im Schaltschrank eingebaut und mit der bestehenden Anlagensteuerung per Kabel verbunden.
- Die Steuersignale aus der CO-λ-Regelung werden in die Software der bestehenden Anlagenregelung eingebunden.
- Im Rauchgasrohr am Kesselaustritt wird eine Kombi-Sonde KS1D eingebaut, das Sondenkabel am Lambda Transmitter LT3 angesteckt und dieser per Kabel mit der CO-λ-Regelung verbunden.
Die einzige Voraussetzung: Die Biomassefeuerung ist mit einer funktionierenden O2-Regelung ausgerüstet.
Haben Sie Interesse? Wir beraten Sie gerne! Schreiben Sie einfach eine Mail co-lambda@best-research.eu
Presse
https://stmk.lko.at/kleine-sonde-f%C3%BCr-h%C3%B6here-effizienz-im-heizwerk+2500+3101363
https://www.studium.at/innovation-optimiert-verbrennungsqualitaet-bei-biomasseheizwerken
Kleine Regelung - große Wirkung
Area Management
Markus GÖLLES
markus.goelles@best-research.eu