Die wärmegeführte Kraft-Wärme-Kopplung

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Kathrin Schmitt
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1 Verantwortung für Energie und Umwelt Die wärmegeführte Kraft-Wärme-Kopplung Technische Lösungen und Wirkungsweisen Markus Telian, Leiter Marketing & Entwicklung Heiztechnik, Hovalwerk Vaduz

2 Inhalt KWK Prinzip Elektrischer Nutzungsgrad Lastprofil Laufzeiten CO 2 - Werte Otto- & Dieselmotor BHKW Stirling BHKW Brennstoffzelle Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 2

3 Das KWK Prinzip KWK Kraft - Wärme Kopplung BHKW Blockheizkraftwerk KWK ist die gekoppelte Strom Wärmeerzeugung in einer Versorgungseinheit! Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 3

4 Nutzungsgrad Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 4

5 Nutzungsgrad 85% 35% 54% 88%

6 Lastprofil Laufzeiten Fahrweise eines leistungsvariablen BHKW (2-4.5kWe) Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 6

7 CO2 Äquivalent Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 7

8 Beispiel, kein Anspruch auf Vollständigkeit Otto- & Dieselmotor Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 8

9 Vaillant / HONDA Weltweit grösster Motoren- und Generatorhersteller Weitreichende Praxiserfahrung in Entwicklung und Produktion von Klein KWK Einheiten (ca Praxisanlagen in Japan/USA) Technische Daten: 1 kw elektrische Leistung 2,8 kw thermische Leistung 22,5 % elektrischer Wirkungsgrad 85,5% Gesamtwirkungsgrad 164 cm 3 4-Takt Ottomotor Quelle Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 9

10 Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 10

11 Prinzip Stirling Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 11

12 Beispiel, kein Anspruch auf Vollständigkeit Sirlings, Dampfmotor Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 12

13 Prinzipieller Aufbau Erhitzerkopf Verdrängerkolben Regenerator Kühler Arbeitskolben 2 Kurbelzapfen 90 phasenverschoben Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 13

14 Animation Zur Animation auf Bild klicken Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 14

15 Einbau beim AgroLyt Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 15

16 Dauerversuche

17 Momentaner Status 5 Testanlagen in Betrieb Hoval / Nov-09 Stirlingmotor 17

18 Optimierung des Gesamtsystems Monitoring-Projekt mit IZES, Saarbrücken / FNR Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 18

19 Vor Optimierung Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 19

20 Nach Optimierung Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 20

21 Nutzungsgrade Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 21

22 Pelletskessel mit Stirlingmotor Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 22

23 Pelletskessel mit Stirling Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 23

24 Pelletskessel mit Stirlingmotor Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 24

25 Projektbeispiel Neubergschule in NSU bei Heilbronn Doppelkessel 2x BioLyt (50) zudem Anschluss Nebengebäude (Wärmeverbund) inkl. Stirlingmotor (Testbetrieb seit Juni 2007!). Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 25

26 Beispiel, kein Anspruch auf Vollständigkeit Brennstoffzellen Teilnehmer an Callux (Projektvolumen 86 Millionen Euro) Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 26

27 Brennstoffzellen Prinzip Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 27

28 Elektrochemischer Prozess Oxidation des vorreformierten Gasgemischs aus H 2 und CO an Anode. Freisetzung von Elektronen, die durch elektrischen Leiter ausserhalb der Brennstoffzelle auf Kathode geleitet werden. An Kathode wird Teil des Luft-O 2 mit freigesetzten Elektronen reduziert, es entstehen O 2 -Ionen. Diese werden bei 900 bis 1000 C durch den ionenleitfähigen Elektrolyten transportiert. Auf Anodenseite rekombinieren Ionen mit oxidierten Brennstoff zu H 2 O-Dampf und CO 2. Nutzung der von der Anode auf die Kathode geleitete Elektronen als elektrischer Strom. Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 28

29 Prinzipaufbau Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 29

30 Prinzip Brennstoffzelle Geringe Umwandlungsverluste Höhere Energieausnutzung durch weniger Umwandlungsstufen

31 Produktspezifikationen Brennstoffzelle Elektrische Leistung max.1 kw el Thermische Leistung 2 kw th Elektr. Wirkungsgrad 1 ~ 30 % (Ziel > 35 %) Betrieb modulierend, im Sommer aus Zusatzbrenner Therm. Leistung 2 Betrieb 5 20 kw th modulierend, WWB im Sommer Gesamtwirkungsgrad > 90 % (üblich 95 %) Emissionen (BZ) Jährl. Betriebsdauer Grösse Gewicht NOx/CO < 22/20 mg/kwh ~ h/a 550 x 550 x 1600 mm 170 kg 1 AC, netto; nicht optimiert auf hohen elektr. Wirkungsgrad, sondern auf hohe Deckung von Strom- und Wärmebedarf im Europäischen EFH. 2 zusammen mit BZ ~23 kwth, ausreichend zur Deckung des gesamten Wärmebedarfs eines EFH aus dem Gebäudebestand. Durch Modulation ideal einsetzbar in Objekten mit geringerem Wärmebedarf. Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 31

32 Vergleich Zentraler mit dezentraler Energiebereitstellung Reduzierung der Primärenergieverluste bei WKK gegenüber getrennter Erzeugung von Strom und Wärme. Niedrigere CO 2 -Emissionen aufgrund eines geringeren Primärenergie-Einsatzes. (ref.: BRD-Strom-Mix) Hoval / Nov-09 Stirling-BHKW und Brennstoffzelle 32

33 Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 33

34 Otto- oder Dieselmotor Entwicklung / Dauer Elektrischer Nutzungsgrad 25-45% Sirlingmotor 10-20% Dampfmaschine 10-20% Brennstoffzellen 30-60% Hoval / Nov-09 Die wärmegeführte Kraft-Wärme- Kopplung 34

35 Verantwortung für Energie und Umwelt Hoval Heiztechnik Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

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