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11.2. EXERGETISCHE BEWERTUNG
gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung die zugeführte Exergie der Biomasse effizienter als
Dampfheizkraftwerke ausnutzen.
11.2.3 Exergetischer Wirkungsgrad und Effizienz der Vergasung
Bei der Vergasung von Biomasse entstehen geringere Exergieverluste als bei der Verbrennung
in einem Kessel zur Frischdampferzeugung (Kapitel 11.2.1). Je höher dabei das Verhältnis der
Exergie des Reingases zur zugeführten Exergie der Biomasse ist, desto mehr elektrische Leistung
wird im BHKW des VHKW erzeugt. Daher werden im Folgenden der exergetische Wirkungsgrad
ζGas und die exergetische Effizienz der Vergasung χ Gasder vier untersuchten VHKW bewertet.
Dabei stellt der exergetische Wirkungsgrad der Vergasung das Verhältnis der Exergie des Reingases
zu den Exergieströmen, die der Biomasseaufbereitung und dem Vergasungsreaktor zugeführt
werden, dar. Bei der Berechnung der exergetischen Effizienz wird die Exergie des Reingases auf
die dem VHKW zugeführten Exergieströme der Biomasse und ggf. weiterer Hilfsbrennstoffe
bezogen. Daher heben aus der Anlage ausgekoppelte und zurück in die Biomasseaufbereitung
bzw. den Vergasungsreaktor geführte Exergieströme die exergetische Effizienz der Vergasung an.
Im Vergleich zu den gleichnamigen energetischen Kennzahlen (ηGas und ɛGas) wird mit den in
diesem Kapitel aufgeführten Kennzahlen gezeigt, ob die Biomasseaufbereitung und der Vergasungsreaktor
optimal in die Vergasungsanlage integriert sind oder ob bei der Reingaserzeugung
hohe Exergieverluste auftreten. Würde beispielsweise Wärme auf einem hohen Temperaturniveau
zur Trocknung der Biomasse verwendet werden, wird dies mit den energetischen Kennzahlen
ηGas und ɛGas nicht bewertet. Erst durch die Berechnung der exergetischen Kennzahlen ζGas und χ Gas
wird das noch vorhandene Optimierungspotenzial ersichtlich.
In Abbildung 11.6 sind der exergetische Wirkungsgrad der Vergasung ζGas und die exergetische
Effizienz der Vergasungχ Gasder vier optimierten VHKW dargestellt.
Exergetischer Wirkungsgrad der Vergasung
Der höchste exergetische Wirkungsgrad der Vergasung von ζGas = 81,2 % wird beim Betrieb des
Viking-VHKW erreicht, da in dieser Anlage 7,0 % der Rohgasexergie bzw. 7,5 % der Exergie der
Biomasse aus dem Abgas des BHKW ausgekoppelt und zur Trocknung der Biomasse verwendet
werden. Zusätzlich werden aus dem Rohgas 11,4 % der Rohgasexergie bzw. 12,1 % der Exergie
der Biomasse ausgekoppelt und der Pyrolysezone zugeführt bzw. zur Vergasungsluftvorwärmung
verwendet. So wird auf eine Verbrennung von exergetisch hochwertiger Biomasse zur Deckung
des Wärmebedarfs für die Trocknung und die Pyrolyse der Biomasse verzichtet und der hohe
exergetische Wirkungsgrad der Vergasung erreicht.
Die exergetischen Wirkungsgrade der Vergasung des Carbo-V-, des FICFB- und des Gegenstrom-
VHKW liegen mit ζGas = 61,8 % bis 63,5 % dicht beieinander und um 17,7 %-Punkte bis
19,4 %-Punkte unter dem des Viking-VHKW (Abbildung 11.6).
Im Gegenstrom-VHKW wird die bei der Oxidation der Biomasse freiwerdende Exergie der
Wärme im Vergasungsreaktor zur Deckung des Wärmebedarfs der Reduktions- und Pyrolysereaktionen
sowie zur Trocknung der Biomasse verwendet. So tritt das Rohgas mit einer Temperatur
von nur 356 K aus dem Vergasungsreaktor aus. Bedingt durch den Aufbau des Vergasungsreaktors
werden jedoch 21,8 % der Rohgasexergie bzw. 19,5 % der Exergie der Biomasse in den Teeren
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