-lich Willkommen Strom und Wärme aus Biomasse

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1 -lich Willkommen Strom und Wärme aus Biomasse Joachim Kalkgruber, Kuchl,

2 SOLARFOCUS GmbH Hauptfirmensitz in St. Ulrich/Steyr, Oberösterreich Deutschland-Zentrale in Lorsch, Hessen Zahlreiche weitere nationale Niederlassungen Folie 2

3 Produktgruppen Solartechnik CPC-Kollektor Sunny line Photovoltaik Biomassetechnik Pelletskessel Stückholzkessel Kombikessel Hackgutkessel Speichertechnik Pufferspeicher HYKO- Speicher Plug-IN Speicher FWM autark Frischwassertechnik Frischwassermodul Schichtlademodul

4 Firmengeschichte 1993 Gründung der Einzelfirma Kalkgruber 1995 Umwandlung der Einzelfirma in die Kalkgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH Übernahme der Firma PRÜLLER inkl. Firmengebäude in Großraming 2002 Zusammenführung der beiden Standorte auf die neue Firmenzentrale in St. Ulrich bei Steyr. Firmenareal umfasst m² Namensänderung in SOLARFOCUS GmbH Neuer Sonnenkollektor Sunny line Neue Generation Stückgutkessel thermi nator II 2009 Einstieg in den US-Markt: Kooperation mit Woodmaster 2010 Produktinnovation octo plus 2012/13 Markteinführung pellet top 35/45/49/70 kw für Kaskaden bis 420 kw Regelungszentrale eco manager-touch 2015 Eröffnung der neuen Deutschland-Vertriebszentrale in Lorsch Markeinführung Frischwassermodule FWM eco, FWM konvent, FWM autark

5 Imagevideo Folie 5

6 Folie 6

7 Strom aus Wärme und Biomasse Unterschiedliche Konzepte und Lösungswege Stromerzeugung mit Verbrennungsanlagen wie Dampfturbinen Mitverbrennung Stirling-Motor ORC-Prozess Stromerzeugung mit Vergasungsanlagen wie Gasmotor Gasturbinen Microturbinen Brennstoffzellen

8 Dampf-Rotationskolbenexpanders für den Einsatz in einer pelletsbefeuerten Mikro-KWK 10 kw elektrisch 60 kw thermisch FFG-Projekt BioPower G. Zotter 1, G. Archan 1, R. Rieberer 1, J. Kalkgruber 2 1 Institut für Wärmetechnik (IWT), TU Graz 2 Solarfocus GmbH

9 BioPower-Konzept Pellets ohne Vergaser Wärmekraftprozess mit externer Verbrennung ClausisRankineCycle (CRC) vs. OrganicRankineCycle (ORC) Quelle: Zotter et al., 2016

10 CRC vs. ORC Δ CRC im T,s-Diagramm für Wasser: T ZU,max = 400 C, T AB = 100 C, p HD = 30 bar; p ND = 1 bar; η is-ex = 0,7 η el = 16 % ORC im T,s-Diagramm für n-hexan: T ZU,max = 215 C, T AB = 100 C, p HD = 20 bar; p ND = 2,4 bar; η is-ex = 0,7 η el = 10,9 % Quelle: Zotter et al., 2016

11 CRC vs. ORC WASSER als Arbeitsfluid Nicht brennbar Nicht toxisch Temperatur beständig Kein Thermoöl-Kreislauf Höhere Prozessparameter Effizienter Expansionsmaschine mit Öl-freiem Betrieb

12 Schlüsselkomponenten Dampfkessel: Kleines Füllvolumen Heizflächenreinigung Expansionsmaschine Schmierölfrei Nassdampftauglich

13 Expansionsmaschinen für kleine Leistungen Wenige Expander für kleine Leistungen verfügbar (Quelle: Hennecke et al., 2013)

14 Expansionsmaschine bestimmt Kreislauf Turbine Schraube Verdrängermaschinen Nassdampftauglichkeit erhöht Möglichkeit an Prozessführungen Dampfnässe für Schmierung potentielle CR-Prozesse im T,s-Diagramm für Wasser Quelle: Zotter et al., 2016

15 Prinzip Rotationskolbenexpander Gehäuse Eintritt Einlassorgan Auslass Exzenter Abtriebs welle Kolben (Quelle: EN3 GmbH, 2014)

16 EN3-Rotationskolbenmaschine KKM136 Aufbau 2 Kolben auf 1 Welle Einlassorgan (Drehschieber) 2 Frischdampfanschlüsse 2 Abdampfanschlüsse Frischdampf Kolben Abdampf (Quelle: EN3 GmbH, 2015a)

17 Indikatordiagramm (p-v Diagramm) p HD p Füllen: dp=0 Expansion: ds=0 p ND Restdampf Vorverdichten dp=0 Einlass offen Ausschieben dp=0 Auslass offen V V SCHAD V HUB V HUB - V SCHAD OT Quelle: Zotter et al., 2016 UT (Quelle: EN3 GmbH, 2015)

18 Indikatordiagramm (p-v Diagramm) p HD p V SCHAD,eff V HUB - V SCHAD,eff Füllen: dp=0 Vorfüllung dv=0 Expansion: ds=0 p ND Restdampf Vorverdichten dp=0 Ausschieben dp=0 V SCHAD Einlass offen V HUB - Auslass offen V SCHAD V OT (Quelle: Zotter et al., 2016) UT (Quelle: EN3 GmbH, 2015)

19 IVT Hydraulische & mechanische Einbindung Druckindizierung Messtechnische Applizierung Ringspannelement Drehzahl/ Drehmoment Gehäusetemperatur Abdampfparameter Frischdampfschläuche Abdampfschlauch (Quelle: Leibetseder, 2015)

20 Erste Messungen Prüfstandsaufbau ALT Prüfstandsaufbau Neu Volumenexpansion zu groß (Quelle: Leibetseder, 2015)

21 Messergebnisse mit neuem Abdampfschlauch KKM136 p AD /T AD 0,7/120 0,8/124 0,7/111 0,6/83 0,7/103 0,7/103 0,6/97 0,6/91 (Quelle: Leibetseder, 2015)

22 Ergebnisse (1/2) BioPower: Pellets befeuerte Mikro-KWK Ziel: 10 kw el / 60 kw ca. 100 C Dampfprozess mit Wasser als Arbeitsmittel Leistungsanforderungen: Kessel mit geringem Füllvolumen Schmierölfreie Rotationskolben-Expansionsmaschine von EN3

23 Ergebnisse (2/2) Experimentelle Analyse des Rotationskolbenexpanders ca. 4,2 kw 12 bar 240 C Frischdampf / 0,8 bar Abdampf Leistung steigt bzw. spezifischer Verbrauch sinkt mit Steigendem Frischdampfdruck Höheren Drehzahlen Größerer Überhitzung Sinkendem 700 U/min Eigenfrequenzen angeregt Schmierung über gleitende Dichtleisten bei niedrigen Drehzahlen ausreichend kein expandieren ins Nassdampfgebiet notwendig Erste Versuche deuten auf relativ lange Lebensdauer hin

24 Schlüsselkomponenten Dampfkessel: Kleines Füllvolumen Heizflächenreinigung Expansionsmaschine Schmierölfrei Nassdampftauglich (Quelle: Zotter et al., 2016)

25 Dampfkessel

26 Verdampfer

27 Institute of Thermal Engineering Inffeldgasse 25B A-8010 Graz, Austria Benötigte Leistung 900 C 1100 C CFD-Modell Ergebnisse Geschw. [m/s] Ausbildung von Wirbeln durch Reinigungseinheit am Eintritt: Erhöhen Verweilzeit des Rauchgases im WT Kaum Totgebiete im Strömungsfeld 27

28 Danke! Das Projekt BioPower (FFG-Nr.: ) wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms ENERGY MISSION AUSTRIA durchgeführt.