SEEGER ENGINEERING offers a wide range of technical services in the field of energetic use of biomass.
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Energy production is the engine of our modern society. By energy generation in this context, we mean both electricity and heat generation from various energy sources. Whether through wind, solar, solid/renewable or fossil fuels, it powers machines, lights up our cities and enables progress. But now we are looking for sustainable alternatives to protect our environment and create a cleaner future. SEEGER ENGINEERING works in 3 of 5 areas of renewable energy: Biomass, Geothermal, Solar.
Heat distribution systems in industry play a crucial role in the efficient and reliable distribution of thermal energy on a large scale. Various types of heat distribution systems are used in industry, depending on the specific requirements of each plant. Here, the systems are differentiated according to the media flowing through the pipes.
Electrical engineering is at the heart of almost all technology. It includes the development, design and application of electrical and electronic systems. From power supply to communication and automation – electrical engineering enables our networked and electrified everyday life.
Fuel production essentially transforms renewable biomass into fuels that can replace the use of oil and gas in industrial plants and households for energy producers.
Energy consulting offers customized solutions for the efficient use of energy and waste heat flows. Experienced experts analyze energy consumption, identify potential savings and provide recommendations for efficient technologies and behavioral changes. This saves costs, protects the environment and increases efficiency for the company.
Piping engineering is an important part of the engineering discipline that deals with the design, installation, operation, and maintenance of pipelines. Piping is used in a variety of applications, including fluid and steam handling, wastewater disposal, potable water supply, and process industries. Innovative solutions ensure optimal performance and sustainability.
| 1 | Windenergie | → | Stromerzeugung |
| 2 | Sonnenenergie | ||
| Photovoltaik | → | Stromerzeugung | |
| Solarthermie | → | Wärmeerzeugung | |
| 3 | Biomasse | → | Wärmeerzeugung Stromerzeugung Biogas Biokraftstoffe |
| 4 | Wasserkraft | → | Stromerzeugung |
| 5 | Geothermie | → | Stromerzeugung Wärmeerzeugung |
Photovoltaikanlagen, auch PV-Anlagen genannt, wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Zur Energiewandlung wird der photoelektrische Effekt von Solarzellen genutzt, welche zu so genannten Solarmodulen verbunden werden. Die erzeugte Elektrizität kann direkt genutzt werden, oder aber in Akkumulatoren (Batteriespeicher) gespeichert werden. Bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen kann der Solarstrom ins öffentliche Stromnetz eingespeist bzw. selbst genutzt werden. Die Einspeisevergütung in das öffentliche Netz regelt das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz).
Bei der Solarthermie wird die Sonneneinstrahlung in Wärme umgewandelt. Solarthermie ist eine weit entwickelte, zuverlässige Technologie, Solarenergie zu nutzen um Wärme zu erzeugen. Gerade in Mitteleuropa stellt sie eine ganz hervorragende Möglichkeit zur Nutzung der Sonnenenergie dar. Der Vorteil bei der Nutzung von Solarthermie besteht in der Anwendung erprobter und effizienter Technik. In Verbindung mit einem Heizkessel mit Wärmespeicher wird dafür gesorgt, dass über den Tagesgang Wärme zur Verfügung steht. In Wohnhäusern wird diese Technologie zur Bereitstellung von Wärme für die Warmwasserbereitung sowie zur Heizungsunterstützung genutzt.
Die Verbrennung von Biomasse hat gegenüber den fossilen Energieträgern wie Kohle und Erdöl zum einen den Vorteil der stetigen Verfügbarkeit (nachwachsend), zum anderen der Kohlendioxid-Neutralität. Denn in den industrialisierten Ländern werden durch die Verfeuerung fossiler Brennstoffe in wenigen Jahrzehnten Mengen an Kohlendioxid (CO2) freigesetzt, die über Jahrmillionen global gebunden wurden. Eine Pflanze hingegen setzt bei der Verbrennung exakt die Menge CO2 frei, die sie zuvor in ihrem Leben gebunden hat. Übrigens emittiert die Verrottung dieselbe Menge CO2. Kohlendioxid ist maßgeblich verantwortlich für den weltweiten Treibhauseffekt.
Die erneuerbaren Energien haben im Jahr 2021 mehr als 16,2 % des Energiebedarfes an Wärme und Kälte in Deutschland gedeckt. Wärme aus fester Biomasse hat dabei mit 86 % den bedeutesten Anteil bereitgestellt. Die Geothermie deckt 9,8 % ab.
(Quelle: BMWI – Erneuerbare Energien in Zahlen)
Beide Anlagentypen nutzen Biomasse, also organische, nachwachsende Rohstoffe auf pflanzlicher Basis für die Erzeugung von Energie. Anders als in Biogasanlagen wird diese jedoch nicht zur Erzeugung von Biogas verwendet. Der Brennstoff Holz spielt dabei eine tragende Rolle, denn üblicherweise kommen die nachfolgenden Brennstoffe im Einsatz:
Bei Biomasseheizwerken wird üblicherweise die erzeugte Wärme in Form von Warm- oder Heiß-wasser vom Kessel übertragen. Diese Technologie wird bei Nahwärmenetzen häufig in Kombination mit anderen erneuerbaren Energien eingesetzt. Hier insbesondere zusammen mit Wärmepumpen und/oder Solarthermieanlagen. Für die Deckung des Strombedarfs finden Photovoltaikanlagen hier ebenfalls ihre Anwendung.
Der Dampfkraftprozess ist am weitesten verbreitet unter den Heizkraftwerken. Die bei dem Einsatz eines Dampfkessels verbrannte Biomasse erzeugt Rauchgas. Dieses erhitzt danach das Wasser in speziellen Rohrschlangen, die als Verdampferflächen und Überhitzer dienen. Mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben, die wiederum Strom erzeugt. In den meisten Fällen wird der Strom anschließend direkt genutzt oder ins Stromnetz eingespeist. Die Wärme kann als Fern-, Nah- oder Prozesswärme genutzt werden. Gase, die beim Verbrennungsprozess entstehen, werden gefiltert und anschließend emittiert.
Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC) funktionieren ähnlich wie Biomasse-Dampfkraftwerke, nutzen jedoch kein Wasser, sondern ein organisches Arbeitsfluid. Grund dafür sind niedrigere Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke. Mithilfe von ORC-Anlagen kann das Potenzial eines niedrigen Temperaturniveaus jedoch erschlossen werden. Das organische Arbeitsfluid wird mit Hilfe von Thermalöl (Wärmeüberträger) erhitzt und verdampft. Während der Expansion treibt es eine Turbine an und erzeugt elektrische Energie. Die entstandene Wärme wird als Fernwärme genutzt. Im Bereich der Geothermie wird als Arbeitsfluid z.B. Isobutan eingesetzt.
Bei der Geothermie wird zwischen oberflächennaher und -ferner (Tiefengeothermie) unterschieden.
Oberflächennahe Geothermie (bis ca. 400 m Tiefe) erfordert aufgrund der relativ niedrigen Temperatur eine Temperaturenanhebung mitteln Wärmepumpe. Alternativ zu dieser Technologie werden auch Luft oder Oberflächenwasser über Wärmeerzeugung mittels Wärmepumpen genutzt. Diese zählen zu der sogenannten Umweltwärme.
(Quelle: UBA-Geothermie)
Bei der Erdwärmenutzung aus der Tiefengeologie wird mit dem Solewasser entweder unmittelbar ein Wärmenetz betrieben. Alternativ dazu kann die „Sole“ bei ausreichender Temperatur auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Hierbei wird die Wärme der „Sole“ über Wärmetauscher auf ein Arbeitsfluid übertragen, welches verdampft. Im Anschluss kommt die ORC-Technologie zum Einsatz.
Zur weitergehenden Wärmegewinnung aus den Abgasen bei der Verbrennung von festen Biomassen ist es neben dem Einsatz eines Economisers möglich, mit Hilfe einer Rauchgaskondensation entsprechende thermische Leistung zu gewinnen und einer Wärmesenke zuzuführen. Einhergehend mit den Wassergehalten im Brennstoff, welche in das Rauchgas übergehen sowie einer ggf. eingesetzten Verbrennungsluftbefeuchtung ist es möglich, Wärmeenergie aus dem Abgas auch unterhalb seines Taupunktes zu gewinnen. Wenn Niedertemperatursenken unterhalb des Taupunktes des Rauchgases vorhanden sind, kann zusätzliche Energie mittels Rauchgaskondensation generiert werden.
Darüber hinaus kann die latente Energie genutzt werden, die vom Wassergehalt des Brennstoffs abhängt. Diese Energie wird mittels Wärmetauscher abgegeben. Durch die Wärmerückgewinnung wird somit der Abgasverlust der Kesselanlage verringert und der Anlagenwirkungsgrad erhöht. Die Wärmerückgewinnung kann durch indirekte Rauchgaskondensation mittels Absorptions- oder Kompressionswärmepumpe als auch mit einer direkten Rauchgaskondensation erfolgen. Die so gewonnene Niedertemperaturwärme kann mittels Absorptionswärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden.
Die Leistung des Rauchgaskondensators hängt von der Last des Kessels, dem Wassergehalt des Brennstoffs, Verschmutzungsgrad des Kessels, Luftfeuchte der Verbrennungsluft sowie der Rücklauftemperatur des Warmwassers ab. Da das Rauchgas nach der Kondensation weiterhin mit 100 % Feuchte gesättigt ist, wird ggf. eine Entschwadungsanlage benötigt, die die relative Feuchte des Rauchgases verringert und somit am Kaminaustritt keine sichtbaren Schwaden mehr vorhanden sind.
Die Kältetechnik ist essentiell für die Sicherstellung der Funktion und Sicherheit zahlreicher Prozesse, beispielsweise für die Aufrechterhaltung der Kühlketten in der Lebensmittelindustrie oder in Rechenzentren. Weiterhin wird diese zur Raumklimatisierung und der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) eingesetzt und ist für die Kältebereitstellung in temperatursensitiven Produktionsprozessen notwendig. Die Bereitstellung von Kälte erfolgt über Technologien, welche in ihrer Ausführung und Größe variieren. Grundsätzlich wird bei der Kälteerzeugung jedoch das gleiche Prinzip angewandt: An einer Stelle wird Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau abgeführt. Hier tritt der Kühlungseffekt, meist durch Verdampfung eines Kühlmittels, auf. An anderer Stelle wird die abgeführte Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung wieder abgegeben. Um den Prozess aufrecht zu erhalten, muss Arbeit aufgewendet werden. Je nach Kälteanlagentyp wird diese Energie aus elektrischer Energie oder thermisch aus z.B. Abwärme bereitgestellt. Die Effizienz einer Kältemaschine wird über eine Leistungszahl bewertet. Diese gibt das Verhältnis aus energetischem Nutzen zu Aufwand der Kältemaschine an und wird abhängig von der vorliegenden Kältemaschine unterschiedlich definiert.
Kompressionskältemaschinen sind elektrisch betriebene Kältemaschinen. Dieser Typ Kältemaschine besitzt den größten Marktanteil und wird am häufigsten in Kälteversorgungssystemen eingesetzt. Ein Kältemittel erfährt dabei nacheinander eine Aggregatzustandsänderung von flüssig zu gasförmig und umgekehrt. Bei der Verdampfung wird vom Kältemittel Verdampfungswärme aus der Umgebung aufgenommen und so der Kühleffekt erzeugt.
Ein wesentlicher Unterschied zur Kompressionskälteanlage ist, dass Absorptionskältemaschinen durch Wärme betrieben werden. Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt hierbei nicht über einen elektrisch betriebenen Verdichter, sondern thermisch über einen Sorptionsprozess. Absorptionskältemaschinen nutzen hierfür zwei Arbeitsstoffe als Arbeitsstoffpaar. Der Kälteprozess besteht aus zwei ineinander verschalteten Kreisläufen (Kältemittel- und Lösungsmittelkreislauf).
Der Elektrodenkessel dient zur Erzeugung von Warmwasser, Heißwasser oder Dampf mittels direkt auf eingespeistes Wasser einwirkender elektrischer Energie. Der Fluss von elektrischem Strom durch das Wasser erhitzt dieses direkt. Nicht verwendet werden im Elektrodenkessel hingegen Widerstandsheizelemente.
Das Funktionsprinzip einer Power-to-heat-Anlage in der Bauform eines Elektrodenkessels basiert auf der Elektrolyse Wasser mit einer erhöhten Leitfähigkeit wird als ohmscher Widerstand genutzt. Bei einer angelegten Wechselspannung wird das Wasser im direkten Kontakt mit Elektroden überhitzt. Aufgrund der erhöhten Leitfähigkeit wird das erwärmte Wasser zum Beispiel über einen Wärmeübertrager mit einem Sekundärkreislauf (Fernwärmenetz) verbunden. Im Kreislaufsystem wird das nun kalte Wasser erneut dem Kessel zugeführt. Diese Heißwassererzeuger haben einen Wirkungsgrad von 99,9 Prozent.
Mit Hilfe von Power-to-Heat-Anlagen kann bisher ungenutzter Strom aus erneuerbaren Quellen für die Erzeugung grüner Fernwärme verwendet werden. Auf diese Weise kann langfristig auch der Anteil fossiler Energiequellen in der Fernwärmeerzeugung sinken.
Gas- und Ölkessel teils auch Mehrstoffkessel werden vorwiegend in gewerblichen und industriellen Bereichen zur Energieerzeugung (Dampf-/Warm-/Heißwasser) genutzt. Reine fossil befeuerte Heizwerke werden heute nur noch zur Reserve- und Spitzenlastabdeckung eingesetzt. Als Brennstoffe für Heizwerke dient im Wesentlichen Erdgas und Heizöl. Öl- und Gasheizungen zählen ebenfalls zu den klassischen Heizsystemen, welche mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Hier werden diese Brennstoffe noch im Bestand genutzt, werden jedoch von den erneuerbaren Energien zunehmend ersetzt.
Die Funktionsweise eines BHKW beruht auf dem Einsatz eines Verbrennungsmotors gekoppelt mit einem Synchrongenerator und eine Wärmetauscher. Die bei der Verbrennung entstandene Abwärme wird zurückgewonnen und zur Heizung und Warmwasserbereitung genutzt. Der erzeugte Strom kann zur Deckung des Stromenergiebedarfes genutzt werden.
Während konventionelle Stromerzeuger nur etwa 40 Prozent der im Brennstoff gespeicherten Energie nutzen können, erreichen BHKW Wirkungsgrade von bis zu 90 Prozent. Durch die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung können sie also fast die ganze im Brennstoff gespeicherte Energie verwerten.
Eine Gasturbine ist eine Turbine, die von einem heißen Gas angetrieben wird. Es handelt sich in aller Regel um Verbrennungsgase, entstehend aus einem Gemisch von Bio- oder Erdgas und Luft. Die Gasturbine dient bei einem Gas- und Dampfkraftwerk als Wärmequelle. In einem im Rauchgasstrom nachgeschalteten Abhitzekessel, ausgeführt als Dampfkessel, wird Hochdruckdampf erzeugt und dieser dient somit dann zur Stromerzeugung in einer Dampfturbine. Bei diesem Kreisprozess können elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 % erreicht werden.
Abfallverbrennung – auch Müllverbrennung, thermische Abfallbehandlung oder -verwertung genannt – ist die Verbrennung der atmosphärisch brennbaren Anteile von Abfall, um diesen unter Nutzung der enthaltenen Energie zu entsorgen oder zu verwerten. Die dabei zurückbleibenden Reststoffe können zur weiteren Verwertung genutzt oder der Deponierung zugeführt werden.
Die bei der Verbrennung des Abfalls entstehende Wärme wird in dem nachgeschalteten Prozess genutzt, um in der Kesselanlage Dampf zu erzeugen. Dieser Dampf kann in einem Dampfturbogenerator entspannt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Außerdem besteht die Möglichkeit diesen zum Heizen von Fernwärmenetzen oder als Prozesswärme in Produktionsprozessen zu nutzen.
Im Wesentlichen bestehen Abfallverbrennungsanlagen aus einem Brennstofflager, einer Verbrennungsanlage und einer mehrstufigen Rauchgasreinigungsanlage sowie diversen Nebeneinrichtungen. In allen Anlagenteilen spielen ökologische Aspekte eine zentrale Rolle. Die vergleichsweise strengen Emissionsgrenzwerte sind durch geeignete Maßnahmen sicher zu unterschreiten, weshalb eine dem Anwendungsfall angepasste apparative und verfahrenstechnische Auslegung der Anlage erfolgen muss. Die BREF Dokumente (Best Available Technique Referenz Documents) sind bei der Auslegung von Abfallverbrennungsanlagen umzusetzen.
Als Siedlungsabfall bezeichnet man Abfälle aus privaten Haushalten und vergleichbaren Einrichtungen sowie hausmüllähnliche Abfälle aus Gewerbe und Industrie. Ferner gehören zu den Siedlungsabfällen auch Sperrmüll, Marktabfälle, Straßenkehricht, Bioabfälle sowie getrennt erfasste Wertstoffe wie Glas und Papier. Auch Fäkalien und Klärschlämme gehören dazu.
Nach Möglichkeit sollen diese Abfälle recycelt werden, wie dies im Fall von Glas, Papier und biologischen Abfällen gängige Praxis ist. Der wesentliche Restanteil wird im Allgemeinen der thermischen Verwertung zugeführt und in Abfallverbrennungsanlagen als Brennstoff eingesetzt.
Ersatzbrennstoffe (EBS) bzw. Sekundärbrennstoffe (SBS) sind Brennstoffe, welche aus Abfällen hergestellt werden. Die zur Herstellung von Ersatzbrennstoff verwendeten Abfälle stammen aus Haushalten, Industrie oder Gewerbe. Die Anforderungen an den Brennstoff in Bezug auf den Heizwert und den Schadstoffanteil bestimmen die Aufbereitungstiefe und haben so maßgeblichen Einfluss auf die Brennstoffqualität. Bedeutende Brennstoffparameter sind, neben den emissionsrelevanten Parametern und dem Heizwert, der Chlorgehalt und der Ascheanteil.
Häufig werden die hochkalorischen Fraktionen aus Siedlungs-, Industrie- und Gewerbeabfällen extrahiert. In der Regel erfolgen dazu zunächst eine Vorsortierung und eine Grobzerkleinerung. Anschließend werden diese Abfälle mit unterschiedlichen Verfahren sortiert und von Eisen sowie Nichteisenmetallen befreit.
EBS kann in der sogenannten Mitverbrennung zusammen mit konventionellen Brennstoffen, in Müllverbrennungsanlagen oder als alleiniger Brennstoff in EBS-Kraftwerken thermisch verwertet werden.
Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC) funktionieren ähnlich wie Biomasse-Dampfkraftwerke, nutzen jedoch kein Wasser, sondern ein organisches Arbeitsfluid. Grund dafür sind niedrigere Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke. Mithilfe von ORC-Anlagen kann das Potenzial eines niedrigen Temperaturniveaus jedoch erschlossen werden. Das organische Arbeitsfluid wird mit Hilfe von Thermalöl (Wärmeüberträger) erhitzt und verdampft. Während der Expansion treibt es eine Turbine an und erzeugt elektrische Energie. Die entstandene Wärme wird als Fernwärme genutzt. Im Bereich der Geothermie wird als Arbeitsfluid z.B. Isobutan eingesetzt.
Rauchgaskondensationsanlagen dienen der Wärmerückgewinnung aus den Abgasen und erhöhen dadurch den Wirkungsgrad der Gesamtanlage. Die durch thermische Verbrennungsprozesse erzeugte und in den Rauchgasen enthaltene Restwärme wird durch Kondensation dem Abgas weitestgehend entzogen. Je nachdem, wie die Anlagen in Bezug auf die Wärmerückgewinnung konzipiert und ausgelegt werden, ist es möglich, die Rauchgase bis unter die Taupunktgrenzen herunter zu kühlen. Diese Art der Energierückgewinnung kann effizienzsteigernd zum Beispiel in Heizungsnetzen, als Prozesswärme und/oder für Trocknungsprozesse genutzt werden.
Die Behandlung des Rauchgases zur Reduzierung von Schadstoffen ist ein wesentlicher Baustein in Bezug auf die Errichtung, die Genehmigung und den Betrieb von Feuerungsanlagen. Ziel ist es, in jedem Falle, die Verringerung der Umweltbelastung durch die Umsetzung geeigneter apparativer und verfahrenstechnischer Maßnahmen.
In Abhängigkeit der eingesetzten Brennstoffe und der Feuerungswärmeleistung werden Grenzwerte gesetzlich vorgeschrieben. Staub, Kohlenmonoxid, Stickoxide, Chlorwasserstoffe, Fluorwasserstoffe, Schwefeloxide und Schwermetallverbindungen gehören zu den Schadstoffen, die häufig im Rauchgasstrom zu reduzieren sind, um die entstehenden Emissionen entsprechend zu mindern.
Entstaubungsanlagen dienen der Abscheidung von feinverteilten, festen Fremdbestandteilen aus dem Rauchgas. Zu den am häufigsten zum Einsatz kommenden Apparaten gehören filternde Abscheider, elektrostatische Abscheider und Massenkraftabscheider. Der Einsatz von unterschiedlichen Abscheidern hängt von der Zusammensetzung der Stäube, deren Konzentration, den Platzverhältnissen und der Dimensionierung der Anlage ab.
Häufig werden Fliehkraftabscheider eingesetzt, um die groben Fraktionen des aus dem Kessel austretenden Staubes und insbesondere glühende Aschepartikel aus dem Rauchgas abzuscheiden. Diesem Massenkraftabscheider kann entweder ein Gewebefilter (auch Schlauchfilter) oder ein Elek-trofilter nachgeschaltet werden, um die Staubfracht im Rauchgas weiter zu reduzieren und so den Emissionsgrenzwert einzuhalten. Die Verwendung eines Elektrofilters setzt nicht zwangsläufig voraus, dass ein Massenkraftabscheider vorgeschaltet wird.
Ein geeignetes Konzept ist es, für jede Anlage individuell auszuarbeiten und den Gegebenheiten anzupassen.
Zur Minderung der Emission von Stickoxiden stehen grundsätzlich folgende Verfahren zur Verfügung:
Die Verfahren beruhen auf der Einspritzung von Ammoniak, Harnstoff oder anderen Chemikalien, die mit den NOX im Rauchgas reagieren und diese zu molekularem Stickstoff reduzieren. Typischerweise werden in industriellen Anwendungen wässrige Lösungen von Ammoniak oder von Harnstoff – in seltenen Fällen auch gasförmiges Ammoniak – als Reduktionsmittel eingesetzt.
