Biomasseheiz(kraft)werke

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1 Stirlingmotor für Biomasseheiz(kraft)werke Biomasse Ölpflanzen feuchte Substrate Festbrennstoffe Ölpresse Biogasanlage Verflüssigung Vergasung Verbrennung Motor Brennstoffzelle Stirlingmotor Dampfturbine/-motor > 10 kw el > 10 kw el > 10 kw el > 500 kw el η el > 25% η el > 40% η el > 15% η el > 25% > 20 kw th > 10 kw th > 50 kw th > kw th

2 regenerativer Strom* 0,714 0,03 Wasserkraft Windenergie Biomasse Photovoltaik Gesamtanteil: 8% 3 4,2 * Aus erneuerbaren Energien in Deutschland 2002 erzeugter Strom Quelle: BMU 2003

3 Das neue Erneuerbare -Energien-Gesetz (EEG) Vergütungssätze 2004 (ct/kwh) Netzbetreiber Wasser 4-10 Biomasse * 9-22,5 Geothermie 7-15 Wind 5-9 Abnahme Vergütung Photovoltaik Stromerzeuger *) 20 jährige Vertragslaufzeit, jährliche Degression 1,5 % - Bonus land- oder forstwirtschftliche Biomasse bis 150 kw: 6 cent/kwh - Bonus Kraft-Wärme-Kopplung: 2 cent/kwh - Technologie-Bonus: 2 cent/kwh

4 Die Theorie des Stirling- Motor Arbeitsprozess Der Stirling-Prozess ist ein geschlossener Kreisprozess mit äußerer Wärmezufuhr Wirkungsgrade Der Wirkungsgrad entspricht dem des Carnot-Prozesses ETA (Kreisprozess) = 1- (T min / T max ) Wirkungsgrad bezieht sich auf die zugeführte Wärmeenergie! Solo

5 Der Stirling-Motor Motor mit äußerer Wärmezufuhr z. B. für Solarwärme oder Festbrennstoffe Feuerung mit Wärmetauscher Motor mit Verdränger und Arbeitskolben Wärmeauskopplung Südwärme

6 Der reale Biomasse-Stirling-Motor Springer-Verlag 2000 Energie aus Biomasse Reale Wirkungsgrade Elektrische Wirkungsgrade des Stirling-Motors von bis zu 25 % erfordern eine niedrige Netzrücklauftemperatur und eine Rauchgas-Eintritts-Temperatur am Erhitzer von 1000 C. Durch die Wärmeübertragungsprobleme kann immer nur ein Teil der Rauchgas-Wärme auf den Stirlingmotor übertragen werden, so daß sich elektrische Wirkungsgrade (bezogen auf den Brennstoff-Heizwert) von kaum mehr als 10 % erzielen lassen.

7 Anforderungen an den Biomassekessel Kessel Ruhiges Glutbett und Verbrennung mit geringem Luftüberschuss Möglichkeit der Einbindung eines Stirling-Motors (Wärmetauscherkopf oder Rauchgasauskopplung) Brennstoff trockner und aschearmer Brennstoff Köb: Schnittbild Pyrot-Kessel

8 Biomasseheiz(kraft)werk Krailling Erfahrungen in Krailling -Verstaubung des Wärmetauschers - niedrige Verfügbarkeit - geringe Gesamtlaufzeiten (bisher ca. 500 h) Investition Gesamt davon Stirlingmotor Fördersumme (Bayern) Kenndaten Stirling-Kessel Elektrische Leistung Thermische Leistung Biomasse (2 Kessel) Erdgas-Spitzenlast 40 kw el 400 kw th kw th kw th Brennstoff: Holz t/a (ausschließlich naturbelassen) Südwärme

9 Graz, Joanneum-Research Projektziel Bau eines 30 kw Stirlingmotors auf Basis eines V-Triebwerkes aus der industriellen Serienfertigung zur Eigenstromerzeugung in Biomasseheizwerken Schlussfolgerungen Dauertestläufe zur Absicherung der Zuverlässigkeit noch notwendig Probleme mit Dichtheit an den heißen Flanschdichtungen Motorwirkungsgrad von 24 bis 27 % entspricht den Erwartungen

10 Solo Stirling-Micro-KWK-Modul Geschichte Solo beschäftigt sich seit 1990 mit der Technologie. Das 10 kw Modul 161 läuft insbesondere für Erdgas- und Solar-Anwendungen mit etwa 30 Referenzanlagen Kopplung mit Biomasse Versuche mit einem Holzvergaser seit 1998 In der Entwicklung befindet sicher derzeit ein Brennersystem zur Verwendung von Holz- Pellets (Feldtest für Herbst 2004 geplant)

11 MAWERA Biomasse-KWK Beschreibung Der Hersteller von Biomasse-Feuerungsanlagen hat seit etwa einem Jahr 1 eine Anlage auf dem Firmengelände und eine Anlage bei einem Biomasseheizwerk in Betrieb. Der Stirling-Motor aus Dänemark (Plan Energi) hat eine elektrische Leistung von 35 kw.

12 Stirling-Motor mit Biomasse Situation Stirling-Motoren sind bisher, insbesondere im Vergleich zu Verbrennungsmotoren nur in kleiner Stückzahl hergestellt und verfügen deshalb meist über eine eingeschränkte Praxiserprobung. Die Verwendung für Biomasse-Feuerungen erfordert eine spezielle Auslegung des Wärmetauschers. Zukunftsaussichten Die Kopplung des Stirlingmotors für Biomassefeuerungen ist eine zuverlässige Abreinigung des Wärmetauschers erforderlich. Der Einsatz könnte bei attraktiven Strompreisen insbesondere bei Hackschnitzelheizanlage mit einer thermischen Leistung über 100 kw interessant sein. Joanneum Research, Graz