WhisperGen und SEM Testbetrieb von stromerzeugenden Heizungen

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Heidi Frank
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1 ASUE Fachtagung Stromerzeugende Heizung Techniken für heute und morgen WhisperGen und SEM Testbetrieb von stromerzeugenden Heizungen Prof. Dr. Hans W. Keller VSE AG Innovationsmanagement/Umweltschutz Heinrich-Böcking-Str Saarbrücken 07. September 2006; Leipzig 1

2 Warum Stirling? Wärme Warmwasser Strom heute morgen übermorgen sinkender Wärmebedarf bei konstantem Warmwasserbedarf Anteil Strom steigt steigende Energiepreise Klein-KWK/stromerzeugende Heizung gewinnt an Bedeutung elektrischer Wirkungsgrad nur ein Kriterium 2

3 Klein-KWK-Technologien Forschung Entwicklung Demonstration Marktreife Marktdurchdringung Ottomotor Gasturbine Stirlingmotor Dampfmotor Brennstoffzelle Markteinführung 10 Jahre und mehr 5 Jahre 1 Jahr 0 Jahre 3

4 WhisperGen WhisperGen von Mk 3 bis Mk 5 Technische Daten Einheit Mk3 Mk4 Mk5 Elekt. Leistung 1) kw 0,85 1,4 0,85 1,2 1,0 Therm. Leistung 1) kw 4,2 9,2 4,9 9,2 7,5 13 Abmessung (L x B x H) 1) cm 50x60x85 49x55x84 48x56x84 Gewicht 1) kg Preis (in UK) 2) ca ) 2) Utesch, B.: Gasanwendung Aktueller Stand, Informationstag GAS, 17. Juli 2006, Niedernhausen 4

5 WhisperGen Praxistest Elliottús House Wirkungsgrade WhisperGen 100% 90% 80% Wirkungsgrad 70% 60% 50% 40% 30% 20% Ge sa m tw irkungsgrad % the rm. W irkungsgrad 71,4-79,2 % e le kt. W irkungsgrad 6,1-8,5 % 10% 0% Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun 1)Eigene Berechnungen nach NIE Smart DCHP Report Dec 20 - Prepared by Low Carbon Solutions 5

6 WhisperGen Praxistest McCrea s House Wirkungsgrade 100% 90% 80% Wirkungsgrad 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Gesamtwirkungsgrad % therm. Wirkungsgrad 73,3-82,1 % elekt. Wirkungsgrad 4,1-9,1 % Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun 1) Eigene Berechnungen nach NIE Smart DCHP Report Dec 20 - Prepared by Low Carbon Solutions 6

7 WhisperGen Wirkungsgrade WhisperGen 1) 100% 80% 76,2% 69,1% 78,3% 80,2% 71,2% 72,4% 78,2% 70,2% 81,5% 82,0% 73,4% 74,1% 79,0% 81,6% 79,6% 71,1% 73,1% 71,8% Wirkungsgrade 60% 40% Gesamtwirkungsgrad thermischer Wirkungsgrad elektrischer Wirkungsgrad 20% 7,1% 7,1% 7,8% 7,9% 8,1% 7,9% 7,9% 8,5% 7,8% 0% 65COL 61RFU 69BRU 68SDA 62JTW 64GNO 63ECO 66PBO Average 1) Performance of Wishergen micro CHP in UK homes; E.ON UK PLC report performance of Wispergen micro CHP unit in Corbon Trust filed trials; May

8 STICORE STICORE Freikolben-Stirling Feldtestgerät Technische Daten Elektr. Leistung Elektr. Wirkungsgrad Brennstoffleistung Therm. Leistung Prozessmedium Mittlerer Druck Obere Prozesstemp. Untere Prozesstemp. 1 kw 18 % 5,8 7,8 kw 5 kw Helium 35 bar 650 o C o C 8

9 STICORE Ziele Testphase 1 und 2 Ziele der Testphase 1 und 2 waren 1. Ermittlung der thermischen und elektrischen Leistung 2. Verfügbarkeit 9

10 STICORE Q BS, Q th, P el und Betriebsstunden 1. Testphase VSE SEM Bingen ,00 9,00 8,00 Q th [kw] Q Gas [kw] P el, AC [kw] bh [h] ,5 h η Ges = 74 % 7, Q BS = 6,90 kw th 6, [kw] 5,00 4, Q th = 4,15 kw th 3, η th = 60 % 2,00 1, P el = 0,95 kw el 0, : : : : : : : :00 Datum P el und η el bezogen auf Einspeisung 0 η el = 14 % σ = 0,22 10

11 STICORE Q BS, Q th, P el und Betriebsstunden 2. Testphase VSE SEM Bingen Q th [kw] Q Gas [kw] P el, AC [kw] bh [h] h Ges = 69 % Q BS = 6,23 kw th [kw] Q th = 3,34 kw th th = 55 % : : : : : :00 Datum P el = 0,87 kw el el = 14 % = 0,26 P el und η el bezogen auf Einspeisung 11

12 STICORE Entwicklung des el. Wirkungsgrades (Generatorleistung) 23 el. Wirkungsgrad in % Fertigung Feldtestgeräte Labor Feldtest 18,8 17,8 17,3 17,4 17,2 Jun Sep Dez Apr Jul Okt Feb 06 12

13 STICORE Zielsetzung und Stand (5 Feldtestgeräte) Ziel Stand Therm. Leistung Elekt. Leistung η ges 6 [15] kw th 1 kw el 90 % 3,37 4,3 kw th 0,95 1,02 kw el % η el 25 % (Labor 21,2 %) 17,2 18,8 % 13

14 STICORE Betriebsstunden (Stand Mai 2006) Betriebsstunden total: Stunden Betriebsstunden Modul 1 VSE Modul 3 Modul 4 Modul 5 14

15 STICORE Verfügbarkeit Zeitraum b h [h] b h [h/tag] Verfügbarkeit [%] ,5 12,79 52, ,5 18,15 60 Januar ,85 23,89 99,5 Februar ,83 21,49 89,5 März 06 57,32 7,7 April ,71 21,49 90,9 15

16 STICORE/WhisperGen Vergleich STICORE/WhisperGen STICORE STICORE WhisperGen WhisperGen 1.Testphase 2.Testphase E.ON report 1) (Average) NIE Smart DCHP Report 2) (Average) η el 14 % 14 % 7,8 % 7,5/7,9% η th 60 % 55 % 71,8 % 77 % η ges 74 % 69 % 79,6 % 84/85 % 1) Performance of Wishergen micro CHP in UK homes; E.ON UK PLC report performance of Wispergen micro CHP unit in Corbon Trust filed trials; May ) NIE Smart DCHP Report Dec 20 - Prepared by Low Carbon Solutions 16

17 STICORE Fazit STICORE bisher positive Betriebserfahrungen Stirling-Modul sehr robust; Störungen vor allem in den Peripherie-Teilen therm. Leistung noch nicht ausreichend (Deckung des Wärmebedarfs eines EFH erforderlich) el. Wirkungsgrad von > 20 % erforderlich Gesamtwirkungsgrad von > 90 % erforderlich 17

18 STICORE STICORE Rücklauf Erdgas Stirlingmotor 1 kw el ; 5 kw th Vorlauf Strom 1 kw el Wärme 6 (15) kw th 18

19 WhisperGen WhisperGen Mk4 Rücklauf Erdgas Stirlingmotor 0,85 1,2 kw el 4,9 9,2 kw th Vorlauf Wärme 4,9 9,2 kw th Strom ca. 1 kw el 19

20 STICORE Fazit Stirling-Aggregat Rücklauf Erdgas Stirlingmotor 1 kw el ; 4 kw th Gasbrenner 10 kw th Vorlauf Wärme 4-14 kw th Strom 1 kw el 20

21 Stirling kw Wärmebedarf EFH mit Warmwasserbereitung 1 kwel 7,5 kwth 1 kw el 4 kw th 0,6 kw el 2,5 kw th

22 Vorteile von Stirling dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung mit hohem Wirkungsgrad geräuscharmer und wartungsarmer Betrieb geringe Schadstoffemissionen und hohe CO 2 -Einsparung einfache Integration, Ersatz bestehender Heizung Deckung bis zu 50 % des Strombedarfs im Haushalt und des gesamten Wärmebedarfs 22

23 Stirling - Eine Perspektive zur dezentralen Stromerzeugung - Marktreife Produkte in Entwicklung Potential zur wirtschaftlichen Stromerzeugung Stromerzeugende Heizung Bürger wird zum Stromproduzent Verbrauchsnahe Stromerzeugung Erhöhung der Versorgungssicherheit 23

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