Schlüsselwörter
(Englisch)
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Combined, low-CO2, heat and power, fuel flexible engine operation, thermal efficiency optimization, combined cycle, renewable energies
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Rahmen der Schweizer Energiestrategie 2050 soll eine umfassende Machbarkeitsstudie zur Realisierung einer grossen Wärmekraftkopplungs-Anlage basierend auf einem marinen 2-Takt Motor erarbeitet werden. Solche Motoren bestechen durch ihr robustes, wartungsarmes und kostengünstiges Design sowie einem breiten Leistungsspektrum. Weitere Vorteile sind ein vergleichsweise hoher thermischer Wirkungsgrad und eine hohe Brennstoffflexibilität.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Within the framework of the Swiss energy strategy 2050, a comprehensive feasibility study is to be carried out for the realization of a large heat and power plant based on a marine 2-stroke engine. Such engines impress with their robust, low-maintenance and cost-effective design as well as a wide range of performance. Further advantages are a comparatively high thermal efficiency and a high fuel flexibility.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Energiestrategie 2050 (ES 2050) der Schweizer Regierung führt mittelfristig zu grossen Veränderungen in der Schweizer Energielandschaft. In der daraus entstandenen Diskussion über die zukünftige Strom- und Wärmeversorgung der Schweiz bietet sich daher die Möglichkeit den sinnvollen Einsatz von thermischen Energieerzeugern zur Schliessung möglicher Lücken in der Energieversorgung genauer zu betrachten. Durch die geplante Stilllegung von Atomkraftwerken (AKW) stellt sich auch die Frage nach der Versorgung der oftmals angehängten Fernwärmenetze. Eine Möglichkeit der Versorgung bieten grosse, auf marinen Zweitaktmotoren basierende WKK-Anlagen.
Die kostengünstige Konstruktion eines robusten und flexiblen Aggregats verbunden mit günstigen Investitions- und niedrigen Wartungskosten lässt sich sehr gut in die bestehende Energielandschaft integrieren. Mit Stromgestehungskosten von 4.1 Rp/kWh, resp. -konvertierungskosten von 1.8 Rp/kWh ist ein solches Kraftwerk im Vergleich zu ähnlichen Technologien selbst mit konventionellen Energieträgern konkurrenzfähig. Der Aspekt der Brennstoffflexibilität ist ein wichtiger Bestandteil dieser Untersuchung. Aufgrund ihrer Herkunft und Geschichte sind marine Zweitaktmotoren sehr genügsam und stellen relativ einfache Ansprüche an die Brennstoffqualität. Ein grosser Vorteil langsamlaufender Zweitaktmaschinen ist daher die Möglichkeit, eine breite Varianz von Brennstoffformen und -qualitäten zu verwerten. Die Möglichkeit ein solches Kraftwerk gleichzeitig oder alternierend mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen zu betreiben, ist besonders hervorzuheben. Neben den klassischen fossilen oder biogenen Brennstoffen bieten sich verschiedene Abfallströme aus der Industrie an, wie z.B. Lösungsmittel oder Fette und Öle. Diese werden heutzutage mit deutlich geringerem Wirkungsgrad entsorgt. Eine Zweitakt WKK-Anlage könnte dabei unter Einhaltung der Emissionsgrenzwerte, flüssige Abfälle sauber und effizient entsorgen und diese darüber hinaus in elektrische und thermische Energie umwandeln.
Eine auf dieser Technologie basierende WKK-Anlage bietet zudem die Möglichkeit, biogene sowie synthetische Brennstoffe in einem früheren Stadium der Herstellung zu verwenden. Für Viertaktmotoren oder Turbinen müssen Brennstoffe mit hoher Reinheit und spezifischen Brennstoffeigenschaften hergestellt
werden, dies mittels energieaufwändiger Prozesse. Einige kosten- und energieintensive Schritte könnten bei der Anwendung in einer Zweitaktmaschine entfallen, was die “well-to-grid”-Betrachtung positiv beeinflusst.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The Swiss government's Energy Strategy 2050 (ES 2050) will lead to major changes in the Swiss energy landscape in the medium term. The resulting discussion about Switzerland's future electricity and heat supply therefore offers the opportunity to take a closer look at the sensible use of thermal energy generators to close possible gaps in the energy supply. The planned decommissioning of nuclear power plants (NPPs) also raises the question of how to supply the district heating networks that are often attached to them. One possibility for supply is offered by large CHP plants based on marine two-stroke engines. The cost-effective construction of a robust and flexible unit combined with favourable investment and low maintenance costs can be integrated very well into the existing energy landscape. With electricity generation costs of 4.1 Rp/kWh and conversion costs of 1.8 Rp/kWh, such a power plant is competitive compared to similar technologies, even with conventional energy sources.
The aspect of fuel flexibility is an important component of this study. Due to their origin and history, marine two-stroke engines are very frugal and have relatively simple fuel quality requirements. A major advantage of slow speed two-stroke engines is therefore the ability to utilise a wide variance of fuel forms and qualities. The possibility of operating such a power plant simultaneously or alternately with liquid and gaseous fuels is to be particularly emphasised. In addition to the classic fossil or biogenic fuels, various waste streams from industry, such as solvents or fats and oils, are also suitable. Nowadays, these are disposed of with significantly lower efficiency. A two-stroke CHP plant could dispose of liquid waste cleanly and efficiently while complying with emission limits and convert it into electrical and thermal energy.
A CHP plant based on this technology also offers the possibility of using biogenic as well as synthetic fuels at an earlier stage of production. For four-stroke engines or turbines, fuels with high purity and specific fuel properties must be produced, using energy-intensive processes. Some cost- and energy-intensive steps could be omitted when used in a two-stroke engine, which positively influences the well-to-grid consideration.
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Schlussbericht
(Französisch)
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La stratégie énergétique 2050 du gouvernement suisse (ES 2050) entraînera des changements majeurs dans le paysage énergétique suisse à moyen terme. La discussion qui en résulte sur l'approvisionnement futur en électricité et en chaleur de la Suisse offre donc l'occasion d'examiner de plus près l'utilisation judicieuse des générateurs d'énergie thermique pour combler d'éventuelles lacunes dans l'approvisionnement énergétique. Le démantèlement prévu des centrales nucléaires soulève également la question de l'alimentation des réseaux de chauffage urbain qui y sont souvent rattachés. Une possibilité d'approvisionnement est offerte par les grandes centrales de cogénération basées sur des moteurs marins à deux temps. La conception rentable d'une unité robuste et flexible, combinée à un investissement favorable et à de faibles coûts de maintenance, peut très bien s'intégrer dans le paysage énergétique existant. Avec des coûts de production d'électricité de 4,1 centimes/kWh, respectivement des coûts de conversion de 1,8 centime/kWh, une telle centrale est compétitive par rapport à des technologies similaires, même avec des sources d'énergie conventionnel.
L'aspect de la flexibilité du carburant est un élément important de cette étude. En raison de leur origine et de leur histoire, les moteurs marins à deux temps sont très économes et leurs exigences en matière de qualité du carburant sont relativement simples. Par conséquent, l'un des principaux avantages des moteurs à deux temps à rotation lente est la possibilité d'utiliser une grande variété de formes et de qualités de carburant, ce qui ouvre une variété de carburants potentiels. La possibilité d'exploiter une telle centrale simultanément ou en alternance avec des combustibles liquides et gazeux souligne ce potentiel. Outre les combustibles fossiles ou biogènes classiques, divers flux de déchets industriels, tels que les solvants ou les graisses et les huiles, sont également adaptés. Ces derniers sont aujourd'hui éliminés avec une efficacité nettement moindre. Une centrale de cogénération à deux temps pourrait éliminer les déchets liquides de manière propre et efficace tout en respectant les limites d'émission et, en outre, les convertir en énergie électrique et thermique. Une centrale de cogénération basée sur cette technologie offre également la possibilité d'utiliser des combustibles biogènes et synthétiques à un stade plus précoce de la production. Pour les turbines ou moteurs à quatre temps, il faut produire des carburants d'une grande pureté et aux propriétés spécifiques, en utilisant des procédés à forte intensité énergétique. Certaines étapes coûteuses et énergivores pourraient être omises lorsqu'elles sont utilisées dans un moteur à deux temps, ce qui influence positivement la considération du "well-to-grid".
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