Pelletfeuerung mit thermoelektrischer Stromerzeugung

Transkript

1 Pelletfeuerung mit thermoelektrischer Stromerzeugung Günther Friedl 10. Holzenergie-Symposium Zürich, 12. September 2008

2 Struktur 1. Entwicklungsziel 2. Prinzip der thermoelektrischen Stromerzeugung 3. Umsetzung des Thermogenerators für eine Pelletfeuerung 4. Testergebnisse der Pelletfeuerung mit thermoelektrischer Stromerzeugung 5. Stromgestehungskosten 2

3 1. Entwicklungsziel (1. Schritt) Pelletfeuerung mit Eigenstromerzeugung Brennstoffwärmeleistung: 10 kw Elektrische Nennleistung: 200 W Randbedingungen für die Stromerzeugung Abdeckung der benötigten elektrischen Hilfsenergie zur Raumwärmebereitstellung im Wohnbereich einsetzbar lautlos möglichst Kundenfreundlich - wartungsfrei 3

4 1. Entwicklungsziel Geschichtliches

5 2. Prinzip Verbrennungsgas Thermogenerator Heizkreislauf T H T K N-dotiert P-dotiert Wärmezufuhr Strom I Wärmeabfuhr Elektrische Nutzleistung Elektrischer Wirkungsgrad η TEG,max = η C η r 5

6 3. Umsetzung Auslegung Thermogenerator Elektrische Nennleistung: 200 W (im Auslegungspunkt) Elektrischer Wirkungsgrad: 4 % (im Auslegungspunkt) Generatoraufbau: Einstufig Thermoelektrisches Material: Bismut-Tellurid (Bi 2 Te 3 ) Heissseitentemperatur: 250 C Kaltseitentemperatur: 60 C Spannungsdifferenz: 8,8 V 1 Thermogenerator 16 Module 288 Schenkelpaare 6

7 3. Umsetzung Thermoelektrisches Modul TEC COM Elektrischer Anschluss ( + ) Heißseitenbrücke, p-/n-paar darunter Kaltseitenbrücke Elektrischer Anschluss ( ) 7

8 3. Umsetzung Thermogenerator Baugruppe: Thermogenerator TEC COM 8

9 4. Testergebnisse Bewertungsgrößen Standardbetrieb (Vergleichsbasis) Standardaufbau ohne zusätzliche Wärmedämmung Brennstoffwärmeleistung 10 kw Restsauerstoffgehalt im Abgas 10 % O 2 Q & BS Bewertungsgrößen Wärmeauskopplung über den Thermogenerator Soll: 50 % Q & & TEG Q BS Elektrischer Wirkungsgrad des Thermogenerators Soll: 4 % Elektrischer Wirkungsgrad des Systems Soll: 2 % η el,sys = η TEG Q & TEG η TEG Q& BS 9

10 4. Testergebnisse Wärmeauskopplung Anteile der Wärmeströme 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 50,0% 46,3% 52,6% Q & Q & Q & & WA,BK WA,TEG TEG Q nach TEG, > TH & Q nach TEG, < TH Auslegung Standardaufbau Verringerung 10,0 kw 10,1 kw 10,1 kw 10,0 % O 2 10,3 % O 2 10,5 % O 2 10

11 4. Testergebnisse Generatorwirkungsgrad Generatorwirkungsgrad ηteg in % 4% 3% 2% 1% 0% Temperaturdifferenz T H -T K in K 11

12 4. Testergebnisse Systemperformance 4% 300 η TEG Wirkungsgrad in % 3% 2% 1% η el,sys Elektrische Leistung in W % Brennstoffwärmeleistung in kw Brennstoffwärmeleistung in kw Standardversuchsaufbau (nicht Bestwerte) 12

13 5. Stromgestehungskosten 1,0 Stromgestehungskosten in /kwh 0,8 0,6 0,4 0,2 umgesetzt 2. Entwicklungsschritt (in Arbeit) Brennstoff Betrieb Kapital 0,0 TEG250/200 TEG400/200 TEG400/300 TEG400/400 Basisannahme: 9 kw thermische Nennleistung 13

14 Zusammenfassung umgesetzt in Arbeit 1. Entwicklungsschritt: TEG250 ist umgesetzt Technische Daten: Wärmeauskopplung: SOLL: 50 % IST: > 50 % Generatorwirkungsgrad: SOLL: 4 % IST: ~4 % (3,5%) Systemwirkungsgrad: SOLL: 2 % IST: ~2 % (1,6 %) Stromgestehungskosten: zwischen 0,7 und 0,8 /kwh 2. Entwicklungsschritt: TEG400 in Arbeit Verdopplung des elektrischen Systemwirkungsgrades Halbierung der Kosten 14

15 Kontakt KONTAKT DI Dr. Günther Friedl Unit Head Tel (0) Fax (0) Mobil (0) Austrian Bioenergy Centre GmbH Außenstelle Wieselburg Rottenhauserstraße 1 A 3250 Wieselburg VERDANKUNG Die vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des Kplus-Programmes erarbeitet und mit Mitteln des Bundes, der Länder Steiermark und Niederösterreich sowie der Stadt Graz gefördert. Unser Dank gebührt weiters den am Projekt beteiligten Firmenpartnern HET, KWB, RIKA, Schrödl, SHT und Viessmann, dem wissenschaftlichen Partner TU-Wien (Institut für Verfahrenstechnik) und den Entwicklungspartnern TEC COM und DLR. TEC COM 15