59
www.americanbiogascouncil.org

Mission Promoting the advancement of anaerobic digestion technology

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

www.americanbiogascouncil.org

www.americanbiogascouncil.org

Quick Notes• Two Audio Options: Streaming Audio and Dial‐In.

1.

Streaming Audio/Computer Speakers (Default)

2.

Dial‐In: Use the Audio Panel

(right side of screen) to see dial‐in 

instructions.  Call‐in separately from your telephone.

• Ask questions using the Questions

Panel

on the right side of 

your screen.

• The recording of the webinar and the slides will be available 

after the event. Registrants will be notified by email.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the use of Biogas and Anaerobic Digestion

O

149 Members from the U.S., Germany, Italy, Canada and the UK

O

All Industry Sectors Represented

Key Industry Goals:

O

Promote biogas markets, technologies and infrastructure

O

Achieve policy parity

O  Promote as a best practice for environmental stewardship 

and greenhouse gas reduction

www.americanbiogascouncil.org

www.americanbiogascouncil.org

Changing the Biogas Industry through:o Legislative and Regulatory Affairs ‐

o

Federal: Biogas Tax Credit; Clean Energy 

Standard;  NAT GAS Act; Farm Bill

o

States: California, Iowa, Massachusetts, 

Indiana, more…

o Sharing Expertise –

o 10 Specialized Working Groups

o Education and Outreach ‐

o Briefings, presentations, and webinars for customers, policy makers, and the general public

o Large Industry Network – 145+ company members

o Entire supply chain of production, processing and use

www.americanbiogascouncil.org

Join Today!

Email Josh Lieberman: [email protected]

or call; 202‐261‐1322

www.americanbiogascouncil.org 5

Outline

• Introduction ‐

Importance of Digesters –

Shonodeep Modak

• Potawatomi Digester –

Bryan Johnson

• APG1000 Biogas Engine –

Aaron Trexler

• Unison Fuel Treatment –

Jan Scott

• Heat Recovery Solutions –

John Lerch

• Q&A

www.americanbiogascouncil.org 6

Speakers

Shonodeep Modak Global Marketing Manager, GE Energy gas engines

Bryan Johnson, P.E. Renewable/ Sustainable Energy Team Leader, Titus Energy

Aaron Trexler Oil Field Power Generation Product Line Manager, GE Energy gas 

engines

Jan Scott President/Co‐Owner, Unison Solutions, Inc.

John Lerch Marketing Manager, Heat Recovery Solutions, GE Energy gas engines

Corey Honl Product Engineering Manager, GE Energy gas engines

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Choosing the best technology can make or break your project

Digester Technology Biogas Engine 

Technology

Methane 

Production Rate

25 ft3/cow/day

35 ft3/cow/day

40 ft3/cow/day

55 ft3/cow/day

60 ft3/cow/day

Pre‐Tax IRR

‐3%

4%

7%

14%

16%

Engine                

Efficiency

33%

36%

39%

42%

45%

48%

Pre‐Tax IRR

12%

14%

16%

18%

20%

21%Every 5 ft3/cow/day is worth     

2‐3% in IRR Every 3% in efficiency is worth   1‐2% in IRR

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Global coverage

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Diverse power plant applications

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

In biogas, we see our

engines as your financial engine

‐10%

‐5%

0%

5%

10%

15%

20%

4,000 6,000 8,000 10,000

Pre‐Tax IRR

Feedstock Volume

2,000

Project Profitability Curve

2,500 head dairy. Project financed by 20% equity, debt at 6% interest for 10 years. 470 kW generator set @ 

90% availability, 40% efficiency, 40 ft3/cow/day, $0.02/kWh REC,  $0.10/kWh PPA, federal treasury grant (ARRA 

Sec. 1603).  15 year project life. No added organic waste. CapEx, $2.2M.

Capital Cost/Annualized EBITDA 

Internal Rate of Return (IRR) 

Investment Metrics

Profitability Drivers Feedstock Size

Power Price

Carbon Price

Finance Structure

Technology Selection 

Project Payback

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Choosing the best technology can make or break your project

Digester Technology Biogas Engine 

Technology

Methane 

Production Rate

25 ft3/cow/day

35 ft3/cow/day

40 ft3/cow/day

55 ft3/cow/day

60 ft3/cow/day

Pre‐Tax IRR

‐3%

4%

7%

14%

16%

Engine                

Efficiency

33%

36%

39%

42%

45%

48%

Pre‐Tax IRR

2%

4%

6%

7%

9%

10%Every 5 ft3/cow/day is worth     

2‐3% in IRR Every 3% in efficiency is worth   1‐2% in IRR

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

GE’s engines deliver value to your biogas project

Project Scope2,500 head dairy. Project financed by 20% equity, debt at 6% interest for 10 

years. 470 kW generator set @ 90% availability, 40% efficiency, 40 

ft3/cow/day, $0.02/kWh REC,  $0.10/kWh PPA, federal treasury grant 

(ARRA Sec. 1603).  15 year project life. No added organic waste.

CapEx, 

$2.2M.

η η η η η

Green Energy from  Community‐Based Biogas Digesters

June 13th, 2012

Bryan Johnson, P.E.

Renewable and Sustainability Leader

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Introduction

• The Forest County Potawatomi Community (FCPC) is developing a 2 

MW renewable energy project in downtown Milwaukee, WI 

• Anaerobic digestion project using organic feedstock wastes to produce 

valuable biogas energy.

• Renewable energy generation is consistent with FCPC’s environmental 

goals and values.

• A $2.6 million DOE Community Renewable Energy Deployment grant 

was obtained for this project.

• Several renewable technologies analyzed‐

found biogas most feasible.

• When all approvals are obtained, construction will begin later this year 

and be completed in 2013.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Project Description• Utilize about 3 acres of land• Former brown field site, originally tamarack swamp

• 10,000 s.f. building• Two digester tank system• Capital budget of ~$18M

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Project Concept

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Project Planning

• Inputs: organic feedstock supply sources• Siting considerations: locational synergies• Digester technology selection• Electrical CHP generation selection   • Plant Outputs: effluent, & digested solids• Project structure: financing and Ownership• Regulatory issues: wastewater permit, air permit

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Simplified Digester Process Schematic

Flexible 

design for 

feedstock 

variation

Or Compost

For use or 

sale

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Digester Input – Organic Feed stocks

• A diverse range of organic materials can be used.

• Identify locally available feedstock materials. 

• Develop a plan to cost effectively obtain organic feed stocks.• Material uniformity and source control is an important 

consideration.

• Multiple supplies can help balance digester nutrient needs.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Feedstock Biogas Generation Example

Source: Basisdaten Biogas Deutchland, Marz 2005: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Example Feedstock Material Receiving

• Feedstock can be delivered by tanker 

trucks as shown.

• Options are solid or liquid form

• Feedstock can be sent directly to 

digester or “holding tank”

(with no exposed on‐site storage)

The FCPC Milwaukee digester project will 

only accept tanker trucks and all 

unloading will occur inside the building 

structure.(no outside operations)

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Biogas Engine Generator Selection 

• Biogas engines have a long‐time 

established track record.

• The Milwaukee digester project is 

sized for 2 MW.

• Two GE Waukesha APG1000 high 

efficiency integrated cogeneration 

lean burn biogas engines selected for 

project.

• GE Waukesha met critical project 

criteria and delivery requirements.

• Requires gas conditioning to filter, 

remove moisture, H2

S and test for 

other contaminates.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

FCPC Biogas Engine Rating 

LHV of Fuel (min) BTU/SCF 400

Engine Power BHP 1402

Engine Efficiency % 41.3%

Thermal Efficiency % 46.0%

Total Efficiency* % 85.7%

Electric output per engine MW 1.0

Available heat water jacket MMBtu/hr. 2.53

Available heat exhaust (to 350 deg f) MMBtu/hr. 1.44

Power/Heat Generation‐

GE’s Waukesha APG1000

Note: GE Waukesha APG1000  was developed as part of a DOE  program to produce the next generation of 

high efficiency IC engines by U.S. manufacturers.

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Community Digester Benefits and Summary

• Anaerobic digestion and biogas generation proven  technology

• The FCPC Community Digester will utilize available 

organic feedstock wastes to produce valuable energy.

• Electrical CHP generation will benefit FCPC with an  economical means to produce renewable energy

• Environmental benefits achieved• Waste minimization

• Supports independence from fossil fuels 

• GHG reductions

GE‘s Waukesha APG1000

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Features Description Advantage

Efficiency Optimized Miller cycle combustion, low flow 

loss engine breathing, specific turbocharger 

matching and high efficiency generators, class 

leading electrical efficiency of 41.7% @60 Hz

Higher electrical efficiency 

maximizes return on investment

Emissions Availability of two different NOx emissions 

settings for 50/60 Hz allows for application 

flexibility (1g/TA Luft & 0.6g/1/2 TA Luft)

Optimized efficiency at each 

emissions rating

Packaging Overall engine/genset envelop supports 

containerization with a CHP package available 

providing 89.4% efficiency

Ability to create a compact and 

portable genset solution

Fuel control Biogas fuel system optimized to handle 

changing fuel quality with heating values of 

400‐650 BTU/ft3  (15.73‐25.56 MJ/Nm3)

Application flexibility, minimal 

manual intervention, increased 

uptime/availability, maximizes 

return on investment

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

5 products for waste‐to‐energy applications (60 Hz)

0 1000 2000 3000 4000

Jenbacher type 3

Jenbacher type 4

Jenbacher type 6

Waukesha APG 1000

Jenbacher type 2

APG 1000

J208

Electrical output range (kW)

J312 J316 J320

J412 J416 J420

J612 J616 J620

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Scope

Enginator* • Bare engine + generator• Engine mounted JW & AUX pumps 

& thermostats

• Optional high efficiency generator

Enginator*  w/CHP 

configuration

• Increased thermal efficiency• Plate & frame heat exchanger• ECP8000E control panel• Ethernet connection for panel 

controls

Bare engine • ESM controls w/AFR• Optional biogas fuel system• Optional exhaust & main bearing 

thermocouples

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Container‐friendly overall  engine design

201in(5,105mm)

70.87in1,800mm

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Low profile air filter easily fits  within container enclosure 

without modification

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Single turbocharger combined with  Miller Cycle technology reduces 

fuel consumption for a higher  return on investment

32GE Energy – Gas Engines APG1000 Presentation

Launch Event 2012

Optimized biogas‐specific fuel 

control system•Little user interaction•Easy engine starting•Increased fuel flexibility•Maximized uptime

33GE Energy – Gas Engines APG1000 Presentation

Launch Event 2012

Optimized biogas‐specific 

fuel control system 

provides customer 

“peace‐of‐mind”

Fuel control valveAdjusts to changes in biogas 

composition, minimizing operator 

interaction 

Gas regulatorMaintains constant fuel 

pressure from commonly 

unstable fuel source for 

optimal engine performance

Double blocking valveTwo safety shutoff valves 

includes a valve proving 

system to ensure safe 

operation

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

The APG1000 1.1 MW Enginator CHP package allows for optimized 

efficiency by maximizing heat recovery.  CHP components are 

factory mounted, minimizing installation time and cost.

Low temp circuit has a return temperature of 130°F• Very little waste, small size radiator for discharging 

remaining waste heat

High temp circuit has a supply temperature of up to 230°F

Full featured CHP control panel to control ancillary equipment

High efficiency ‐

41.7% electrical &

89.4% total

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Four Waukesha APG1000 containerized Enginators have  been running at Hampton Downs Landfill in New Zealand  since 2009, providing an output of 4,400 kWe.

Hampton Downs Landfill

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Helchtern, Belgium ‐

The animal waste biogas is processed in 2 – 1MW 

APG1000 gas CHP units.  The manufactured heat and electricity is

partially delivered to a nearby located recreation park Molenheide.  The 

remaining heat is used for bio processing, electricity is fed to

the grid.

Project Storg/P. Lavrijsen

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

In Cavite City, Philippines, an APG1000 Enginator running on digester 

gas produces 1100 kWe of electricity, is used for farm operation. 

Excess electrical output is sold to the local grid and the heat 

produced is used for the incubators. This site was named one of the 

“World’s Best Power Plants”

in the January ‐

February 2010 issue of 

Diesel & Gas Turbine Worldwide.

Cavite City, Philippines

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

The Forest County Potawatomi Community project will include 

installation of a biogas generation plant on Tribe‐owned land in 

Milwaukee County.  

Unison Solutions, Inc.Unison Solutions, Inc.Biogas Treatment SystemsBiogas Treatment Systems

American Biogas Council WebinarAmerican Biogas Council WebinarSaving Cities With Waste Power:Saving Cities With Waste Power:

Putting Biogas To WorkPutting Biogas To Work

June 13, 2012 June 13, 2012 

Complete System Process Flow DiagramComplete System Process Flow Diagram

BiogasSource

HydrogenSulfideRemovalSystem

Gas Blower/Moisture 

Removal 

System

SiloxaneRemovalSystem

End UseEquipment

GlycolChiller

ElectricalControlPanel

Hydrogen Sulfide RemovalHydrogen Sulfide Removal

Fixed Bed Media SystemsSulfaTreat

Iron Sponge

Biological Systems

Iron Sponge / Biological Systems

SulfaTreat/Iron Sponge ProcessSulfaTreat/Iron Sponge Process

Biogas containing 

Hydrogen sulfide (H2

S)

Media: Sulfatreat or 

Iron Sponge

Water to Drain Biogas free of

Hydrogen Sulfide (H2

S)

Gas Compression/Moisture Removal SystemGas Compression/Moisture Removal System

Gas Blower Inlet 

Moisture/

Particulate Filter

Rotary Lobe Positive

Displacement Blower

Multistage

Centrifugal Blower

Forced Air To Gas

Heat Exchanger

(Optional)

Dual Core

Heat Exchanger

Glycol Chiller

OR

Siloxane Removal TechnologiesSiloxane Removal Technologies

Fixed Bed Activated Carbon MediaCoal Based

Coconut Shell

Regenerable System

Fixed Bed Activated Carbon Media ProcessFixed Bed Activated Carbon Media Process

Biogas with 

Siloxanes ‐

H2

S has 

been removed

Carbon media ‐

Type is 

determined based on 

siloxane levels

Biogas ready 

for use

Siloxane Damaged PistonSiloxane Damaged Piston

Waukesha APG 1000 Standard PackageWaukesha APG 1000 Standard Package Key ComponentsKey Components

Optional Hydrogen Sulfide Removal

Gas Compression/Moisture Removal

Optional Siloxane Removal

Glycol Chiller

Electrical Control Panel

Waukesha APG 1000 Standard PackageWaukesha APG 1000 Standard Package

Electrical Control Panel

GlycolChiller

SiloxaneRemoval

HydrogenSulfideRemoval

Gas Compression/Moisture Removal

Typical Completed InstallationTypical Completed Installation

TEST AND TREAT YOUR BIOGAS!

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas IndustriesPromoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Benefits

• One unit generates up to 125kW of electricity from a heat source

• Heat is the only input; no additional fuel required or emissions

generated

• Low maintenance: magnetic bearing generator, no lubricants, no overhauls

• Minimal operation required: automatically load follows heat source including start & stop

• Electricity generated at power factor of 1

Specifications

Power

up to 125kWe gross

Heat Inputs

~980kWth (3.34 MBtu/hr)

Min. Input Temp

121˚C (250˚F) 

Dimensions

200 x 285 x 117cm

79 x 112 x 46in

Clean Cycle heat to power generator

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas IndustriesPromoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Clean CycleTM

technology is based on the Organic Rankine Cycle (ORC),  which utilizes an organic 

working fluid with a lower boiling point than water to generate electrical power from heatThe cycle is closed loop – there is no combustion and no emissions

Heat Source

Recip Engines

Biomass Boilers

Microturbines

Other / Industry

Organic Rankine Cycle: how it works

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas IndustriesPromoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Engine Clean CycleHeat 

exchangers

Condenser

Benefits of a Clean Cycle installation on an engine:

•Increases total installation electrical output by up to 10% 

•Increases total system electrical efficiency by up to 5%

•Very low OpEx: no fuel, no major overhauls, manned supervision not required

Clean Cycle increases engine output

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Clean Cycle

Exhaust gas heat 

exchangerHot water loop

Condenser

Reciprocating engine

• Clean Cycle ‘skid’

represents ~40% of installation

• Modular, turnkey system (20ft container) available

• Clean Cycle ‘skid’

represents ~40% of installation

• Modular, turnkey system (20ft container) available

Anatomy of a Clean Cycle installation

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas IndustriesPromoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Rules of thumb

•~900kWth runs the Clean Cycle at full load, so that’s a 1‐1.5MW engine

•Heat sources from multiple engines can be combined to get more heat input, if needed

•Multiple Clean Cycle generators can run on a single heat source,

if enough heat is available

•Clean Cycle follows the heat source if it fluctuates, turns off,

or on

IsraelLandfill Gas2 J320 engines

Czech RepublicBiogasJ420 engine

UKLandfill2 J320 engines

Ocala FL, USALandfill GasCat 3520

Slovenia2 biogas plants1 biodiesel recip

ItalyLandfill gas2 J320 engines

AustriaNatural gasJ412 engine

GermanyBiogasJ416 Engine

Example engine installations

www.americanbiogascouncil.org

Promoting the Anaerobic Digestion and Biogas IndustriesPromoting the Anaerobic Digestion and Biogas Industries

Integrated Power Module

Proven

•Fleet of ORC’s in operation in countries across the globe•110,000+ operating hours•Leverage in‐house engine knowledge and compatibility

•Simple, low maintenance

Proprietary technology enables

•No gearbox•No external seals•No lubrication•Non‐contact magnetic bearings

•Variable speed and power –

follows the heat source

•Power factor of 1 – makes using or selling electricity easier

The Clean Cycle advantage

QuestionsAsk questions using the Questions Panel on the right side of your screen.

All questions and comments will be recorded and incorporated in the webinar summary report.

Also, please take a few moments to answer the survey questions.

More Information• This Webinar will be available

by Monday, June 18

• Sign up

to receive ABC news at on our website, 

www.americanbiogascouncil.org.

• Consider Joining ABC‐‐Receive regulatory and policy intelligence‐‐Connect with other biogas and anaerobic digestion 

leaders‐‐Support the industry’s growth and outreach

Thank You

Paul Greene, ABC Chairman

[email protected]

(518) 758‐2179

Patrick Serfass, ABC Executive Director 

[email protected]

(202) 640‐6595

www.americanbiogascouncil.org