Published October 2006 | Version v1
Report

Micro gas turbine for low calorific fuel gas from biomass

  • 1. ECN Biomass, Coal and Environmental Research, Petten (Netherlands)
  • 2. Cogen Projects, Utrecht (Netherlands)
  • 3. HoST, Hengelo (Netherlands)
  • 4. Pon Power, Papendrecht (Netherlands)

Description

A Capstone micro gas turbine has been operated on various mixtures of natural gas and producer gas from biomass gasification. Stable operation with low emissions was shown feasible, requiring only limited modification of the software settings. The micro gas turbine can deliver full design power if the lower heating value of the gas mixture is at least 15 MJ/Nm3. Stable operation on gas with lower heating value between 8 and 15 MJ/Nm3 is possible too, but the power output is limited as the fuel delivery system cannot cope with the required larger gas volumes. We assume future applications will be based on a gasification process able to deliver gas with sufficiently high heating value to allow operation at full power, e.g. indirect (allothermal) gasification. On inspection of the micro gas turbine a loose yellowish powder was found on surfaces near the burner. This may cause problems on prolonged operation and requires further attention. However, if it results from the presence of small amounts of H2S in the product gas, the problem can be solved by the use of the specially adapted sour gas version of the Capstone micro gas turbine. A market study into application of the combination of micro gas turbines and biomass gasification shows the best opportunities to be in the horticultural sector. The high heat/power ratio makes application most attractive at sites where electricity is not used for artificial lighting to increase plant productivity. The value of electricity has been calculated correspondingly from feed-in tariffs plus MEP subsidy as applies presently to small biomass fired installations in the Netherlands. For installations matched to the average heat demand in the summer months the simple payback time of investment equals 6 years. For a similar installation with gas engine, the result is 4.7 years. For comparison, the simple payback time of a gas engine on natural gas, for which MEP subsidy does not apply, is calculated to be 5.5 years. The market for this type of installations is estimated at nearly 200 installations with 3 MWth biomass gasifiers. Whether that potential will be realised depends on the continuation of the MEP subsidy scheme and the due availability of biomass gasifiers with matching gas cleaning systems (MEP is a financial incentive and is the Dutch abbreviation for environmental quality of electricity production)

Availability note (English)

Available at http://www.ecn.nl/docs/library/report/2006/e06026.pdf from the Energy research Centre of the Netherlands, Postbus 1, 1755 ZG Petten (NL)

Abstract (Dutch)

Een Capstone microgasturbine is bedreven op diverse mengsels van aardgas en productgas uit biomassavergassing. Aangetoond is, dat stabiel bedrijf met lage emissies mogelijk is met beperkte aanpassingen van de software instellingen. De microgasturbine kan het volle ontwerpvermogen leveren als het gasmengsel een onderste verbrandingswaarde van tenminste 15 MJ/Nm3 heeft. De microgasturbine is ook stabiel te bedrijven op gas met een verbrandingswaarde tussen 8 en 15 MJ/Nm3, maar het vermogen is dan beperkt, omdat het brandstofsysteem het benodigde grotere debiet niet kan verwerken. Wij gaan ervan uit, dat toepassingen gebruik zullen maken van een vergassingsproces dat gas levert van voldoende hoge verbrandingswaarde om bedrijf op vol vermogen mogelijk te maken, bijvoorbeeld indirecte (allotherme) vergassing. Bij inspectie achteraf van de microgasturbine is op sommige oppervlakken bij de brander een geelachtig poeder gevonden. Dit zou problemen kunnen opleveren bij langdurig bedrijf en vraagt daarom verdere aandacht. Als de kleine hoeveelheid H2S in het productgas de oorzaak is, kan het probleem opgelost worden door een aangepaste 'zuur gas' versie van de Capstone microgasturbine te gebruiken. Een marktstudie naar toepassing van microgasturbines in combinatie met biomassavergassing geeft aan, dat de tuinbouwsector de beste kansen biedt. Vanwege de hoge warmte/kracht verhouding geldt dat vooral voor bedrijven die de geproduceerde elektriciteit niet gebruiken voor belichting van gewassen. De waarde van elektriciteit is daarom berekend op basis van levering aan het openbare net, met MEP subsidie zoals die geldt voor kleine biomassa installaties. Voor installaties die zijn afgestemd op de gemiddelde warmtevraag in de zomer is de simpele terugverdientijd van de investering 6 jaar. Voor een soortgelijke installatie met gasmotor wordt het resultaat 4,7 jaar. Ter vergelijking, de simpele terugverdientijd komt uit op 5,5 jaar voor een gasmotor op aardgas, waarvoor de MEP subsidie niet geldt. De markt voor dit soort installaties is geschat op bijna 200 installaties met 3 MWth biomassa vergassers. In hoeverre dat potentieel werkelijk gerealiseerd zal worden hangt af van het voortbestaan van de MEP subsidieregeling en van de tijdige beschikbaarheid van biomassa vergassers met de bijbehorende productgasreiniging (MEP is de afkorting voor milieukwaliteit elektriciteitsproductie)

Additional details

Additional titles

Original title (Dutch)
Microgasturbine voor laagcalorisch stookgas uit biomassa

Publishing Information

Imprint Pagination
20 p.
Report number
ECN-E--06-026

Optional Information