Entwicklung und Einsatz von rapsölbetriebenen Mini-BHKW in Wohngebäuden

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1 Entwicklung und Einsatz von rapsölbetriebenen Mini-BHKW in Wohngebäuden Dietmar Weisenberger Leiter Projektabteilung/Produktmanagement, SenerTec GmbH Schweinfurt Forum Klein-KWK Südhessen am 21. Februar 2008 in Darmstadt

2 Agenda Produktvoraussetzungen Die Erfahrung von SenerTec Die Dachs Systemtechnik Feldtest Was ist für Rapsölbetrieb erforderlich? Ermittlung der erforderliche Rapsölqualität Untersuchung des Rapsölmarktes Der Dachs RS Aufbau und technische Daten des Dachs RS Ökologie und Wirtschaftlichkeit 2

3 Brennstoffe und technische Daten Brennstoff Erdgas, Flüssiggas Heizöl, Biodiesel Rapsöl Elektrische Leistung 5,5 kw 5,3 kw 5,0 kw Thermische Leistung 12,5 kw 10,5 kw 10,3 kw 10,3 kw Elektr. Wirkungsgrad 27% 30% 29 % 29% Brennstoffverbrauch 22,8 kw 1,59 kg/h Stck. 1,79 l/h 1,9 l/h Stck. ca. 1,9 l/h 100 Stck. 3

4 Auch mit Brennwert Anteil ca. 80% Bei Einsatz von Fußbodenheizung. Brennstoff Thermische Leistung des Kondensers Erdgas, Flüssigga s 2,5 kw Heizöl, Biodiesel 1,5 kw Rapsöl 1,5 kw..bis zu 100% Gesamtwirkungsgrad Brennwerttechnik und Kraft-Wärme-Kopplung in einem Gerät! 4

5 Dachs SE Die kompakte Energiezentrale Modular erweiterbar Basissystem aus Dachs Heiz-Kraft-Anlage, Wärmespeicher und Warmwassermodul deckt den normalen Energiebedarf eines Einfamilienhauses Bei erhöhtem Bedarf modularer Ausbau und Anpassung an Wärmebedarf möglich SE30 Warmwassermodul ca. 30% ca. 60% ca. 10% MSR2: Komfortable Bedienung SEplus Zusatzheizung Intelligente und einfache Steuerung des Dachs SE Für die komplette Regelung der Heizzentrale inklusive aller Komponenten ausgelegt Einfache Konfiguration über 4-stelligen Hydraulikcode 5

6 Hoher Energiebedarf? Modultechnik! Die Vorteile: Betriebssicherheit durch Redundanz Bedarfsgerechte Zuschaltung Geringe Wartungskosten durch Laufzeitoptimierung Stromoptimierter Betrieb in Verbindung mit Lastmanagement Anbindung an Gebäude-Leittechnik Fernüberwachung und Fernwartung Anteil ca. 15% 6

7 Rapsölbetrieb mit Dachs Grundvoraussetzungen für den erfolgreichen Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Rapsölkraftstoff CU-freie Kraftstoffleitungen sauberes Tanklager, kühl, trocken und dunkel keine Kraftstofflager-zeiten > 6 Monate fachmännisch umgerüsteter Verbrennungsmotor Feldtest geeignete Kraftstoffführung (Einstrang, Querschnitte) einwandfreie Kraftstoffqualität bei Anlieferung 7

8 Untersuchungen zum Dachs RS Felduntersuchungen zufällige Kraftstoffqualitäten zufällige Betriebsprofile langer Beobachtungszeitraum große Beobachtungsintervalle wenig Messtechnik Bandbreite der Ereignisse im Realbetrieb kennen lernen, beobachten, was passiert Laboruntersuchungen durch die HTWG Konstanz definierte Kraftstoffqualitäten definierte Betriebsprofile kurzer Beobachtungszeitraum kleine Beobachtungsintervalle viel Messtechnik Durch wissenschaftliche Untersuchungen und Modelle die Beobachtungen verstehen, abstrahieren und prognostizieren 8

9 Fachmännisch umgerüsteter Motor Tests mit Rapsöl als Kraftstoff werden schon seit dem Jahre 200o bei SenerTec durchgeführt. Seit Ende 2004 werden Feldtests mit 35 Dachs RS durchgeführt (Feldtest 1 und Feldtest 2). Konfiguration der Feldtestanlagen Etwas reduzierte Leistung auf 5,0 kw el. Angepasste Feldtest-Software und Hardware mit Möglichkeiten der Fernauslesung Geänderte Kraftstoffführung extern und intern Kraftstofffilter mit größerer Filterfeinheit Test verschiedener Einspritzdüsen 9

10 Rußfilter P, Ca und Mg aus dem Rapsöl findet sich fast vollständig im Rußfilter. Auch Geruchsstoffe werden im Rußfilter zurück gehalten. Auf den Rußfilter kann nicht verzichtet werden!! 10

11 Problemfelder bei Rapsölbetrieb Felduntersuchungen: Kraftstoffqualitäten (Proben im Feld ziehen) Rußfilter Einspritzdüse Verlauf der Abgastemperatur Laboruntersuchungen Kraftstoffqualitäten und Versuchszyklen Auslassventil Kolben Einspritzdüse Verlauf der Abgastemperatur 11

12 Massenzunahme des Partikelfilters Die Standzeit des Rußfilters ist abhängig vom P, Ca und Mg-Gehalt des Rapsöls. Max. 100 g Beladung möglich. Phosphorgehalt ca. 1,5 * V DIN V DIN V DIN V DIN V DIN V DIN Quelle: M.Klaissle, HTWG Konstanz 12

13 Einspritzdüse Auswirkungen verschiedener Kraftstoffqualitäten. Rapsöl-Vollraffinat mit sehr geringem Phosphor-, Magnesiumund Kalziumgehalt Kalt gepresstes Rapsöl mit Phosphor-, Magnesium- und Kalziumgehalt außerhalb der V DIN

14 Auslassventile Auswirkungen verschiedener Kraftstoffqualitäten. Rapsöl-Vollraffinat mit sehr geringem Phosphor-, Magnesiumund Kalziumgehalt Kalt gepresstes Rapsöl mit Phosphor-, Magnesium- und Kalziumgehalt außerhalb der V DIN

15 Kolben Auswirkungen verschiedener Kraftstoffqualitäten. Rapsöl-Vollraffinat mit sehr geringem Phosphor-, Magnesiumund Kalziumgehalt Kalt gepresstes Rapsöl mit Phosphor-, Magnesium- und Kalziumgehalt außerhalb der V DIN

16 Rapsöl-Kraftstoff besser als V DIN Eigenschaften/ Inhaltsstoffe Visuelle Begutachtung Einheiten Grenzwerte nach V DIN Min. Max. Frei von sichtbaren Verunreinigungen und Sedimentationen sowie freiem Wasser. SenerTec Vorgaben/Bemerkungen Dichte bei 15 C Kg/m³ vgl. Heizöl EL: 860 Flammpunkt nach P.-M. C 220 vgl. Heizöl EL: 68 Heizwert kj/kg vgl. Heizöl EL: 42.6 Kinematische Viskosität (40 C) mm²/s 36 Zündwilligkeit (Cetanzahl) 39 Koksrückstand %/(m/m) 0,40 Jodzahl g/100 g Schwefelgehalt mg/kg 10 Gesamtverschmutzung mg/kg 24 Säurezahl mg KOH/g 2,0 Oxidationsstabilität H 6,0 Je größer, desto besser die Lagerfähigkeit Phosphorgehalt mg/kg 12 < 7 < positiv für Rußfilterstandzeit Summengehalt an Calcium und Magnesium mg/kg 20 < 12 < positiv für Rußfilterstandzeit Aschegehalt (Oxidasche) % (m/m) 0,01 Je kleiner, umso positiver für Rußfilterstandzeit Wassergehalt % (m/m) 0,075 16

17 Einwandfreie Kraftstoffqualität Bandbreite der Kraftstoffqualität im Feld Anzahl Kraftstoffproben außerhalb V DIN außerhalb V DIN Kalzium- und Magnesiumgehalt [mg/kg] Anzahl Kraftstoffproben Anzahl Kraftstoffproben. Anzahl Kraftstoffproben Phosphorgehalt [mg/kg] n = ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 5 0 außerhalb V DIN Oxidationsstabilität [h] Säurezahl [mg KOH/g] außerhalb V DIN Quelle: M.Klaissle, HTWG Konstanz

18 Untersuchung des Rapsölmarktes Studie durch das TFZ Straubing: Auswertung des vorhandenen Datenbestand der TFZ. Die bisherigen Analyseergebnisse von 50 Ölmühlen wurden ausgewertet. Ca. 20 Ölmühlen erfüllten die VDIN Ca. 10 Ölmühlen erfüllten die SenerTec Rapsöl-Spezifikation Quelle: TFZ Straubing 18

19 Erhebung bei Rapsöllieferanten 230 Rapsöllieferanten wurden angefragt: Ergebnis: Ca. 50 Lieferanten können die von SenerTec geforderte Qualität liefern und nachweisen. 19

20 Kraftstoffqualität auf die Abgastemperatur Wartung: Partikelfilter und Einspritzdüse getauscht Abgastemperatur Motor [ C] P = 11,4 mg/kg Ca + Mg = 18,4 mg/kg P = 1,2 mg/kg Ca + Mg = < 0,5 mg/kg 395 neue Lieferung Rapsölkraftstoff Betriebsstunden seit Beobachtung Quelle: M.Klaissle, HTWG Konstanz 20

21 Technische Daten Kraftstoffverbrauch: ca. 1,9 l/h Elektrische Leistung: 5,0 kw Thermische Leistung: 10,3 kw Nutzungsgrad: ca. 89% (ohner Kondenser) Stromkennzahl: 0,49 Wartungsintervall: Bh Material und Filterfeinheit des externen Kraftstofffilters angepasst Geänderte Kraftstoffführung extern und intern Dachs RS MSR2-Software Inkl. Motorschutzsoftware Einspritzsystem auf den Betrieb mit Rapsölkraftstoff angepasst Kontrolle des internen Kraftstoffdrucks Kraftstofffilter mit größerer Filterfeinheit Interner Entlüftungs- und Probenentnahmehahn 21

22 Ausstattung Dachs HKA RS 5.0 Bivalenter Betrieb zusammen mit einem vorhandenen Kessel > 150 kw Dachs SE RS 5.0 Inkl. Pufferspeicher und Heizkreis und Warmwasserregelung. Für monovalenten und bivalenten Betrieb. Kontrolle der ersten 50 installierten Dachs RS durch unseren Werkskundendienst. Dachs SE RS 5.0 Brennwert Inkl. Brennwert-Kondenser, Pufferspeicher, Heizkreis- und Warmwasserregelung. 22

23 Beispiel: Sanierung mit Dachs RS Typisches Dachs-Objekt, ca. 60 % Anteil im Ein/Zweifamilienhausbereich Baujahr Beheizte Wohnfläche Anzahl der Personen Heizkessel Durchschnittlicher Heizölverbrauch pro Jahr der letzten 3 Jahre Durchschnittlicher Stromverbrauch pro Jahr der letzten 3 Jahre Sanierung mit Dachs SE RS Brennwert Laufzeit Dachs RS Rapsölverbrauch m² 2 WE x 3 Personen pro WE Heizölkessel 20 kw Bj Liter/a kwh/a Ca Bh/a 4800 Liter/a 23

24 Ökologie des Dachs RS Der Dachs RS spart mehr CO2 pro Jahr ein als zuvor mit konventioneller Strom- und Wärmeerzeugung erzeugt wurde. Strombezug 4 Tonnen Wärme Dachs RS - 10 Tonnen Heizölkessel 10 Tonnen Stromeinspeisung Dachs RS - 8 Tonnen 24

25 Energiekosteneinsparung Der Dachs RS reduziert die Heizkosten um ca. 10% pro Jahr. Betriebskosten Dachs RS Betriebskosten Heizöl-Heizung 3000 Stromeinspeisung Dachs RS (z.z. 19 Cent/kWh) Einsparung 300 Heizöl: Rapsöl: 70 Cent/Liter 90 Cent/Liter 25

26 26 Quelle: Sonne, Wind und Wärme

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 27