Forschung für unsere Zukunft

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holzgasBHKW+ Effiziente, Intelligente und Nachhaltige Energiegewinnung: die Innovative Holzgas-BHKW-Anlage

Gasmotoren stellen eine Kernkomponente eines Blockheizkraftwerks (BHKW) dar. Eine optimale Auslegung, gekoppelt mit der Weiterentwicklung sowie Entwicklung neuer Komponenten, bei niedrigen Abgasemissionen, maximalem elektrischem Wirkungsgrad und hoher Dauerhaltbarkeit sind also zentral für die Wirtschaftlichkeit, die Marktfähigkeit und die weitere Marktdurchdringung der Holzgas-BHKW-Anlagen und Ziel des Forschungsprojekts.

Im Forschungsprojekt werden erstmalig Gas-Motor-Module samt Peripherie für den Einsatz von Holzgas ausgelegt, auf Modul- und Gesamtanlagenebene optimiert, sowie mit einem intelligenten Motormanagement versehen, um somit wirkungsgradoptimierte Bereitstellung von elektrischer Energie und Wärme bei bestmöglicher Brennstoffnutzung, Dauerhaltbarkeit sowie minimierten Emissionen zu ermöglichen.

Ausgangssituation

Der European Green Deal sieht vor bis 2050 keine Netto-Treibhausgasemissionen mehr freizusetzen. Um dieses Ziel zu erreichen ist auch die Transformation der Energieerzeugung von zentralen zu dezentralen Strukturen, gekoppelt durch das Smart Grid voranzutreiben. Innerhalb des Smart Grids spielen Blockheizkraftwerke (BHKW) eine große Rolle. BHKW zeichnen sich durch die Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie aus und erreichen folglich einen Gesamtwirkungsgrad, der den von zentraler Stromerzeugung und individuellen Heizanlagen bei weitem übertrifft. BHKW eignen sich zur Bereitstellung der Grundlast. Sie sind daher der optimale Partner für volatile Energieträger wie Wind und Sonne.

Schadholz ist u.a. durch Borkenkäferbefall in Österreich in großen Mengen verfügbar. Holzgas, gewonnen aus Schad -oder Restholz, stellt eine beachtenswerte, regenerative Energiequelle dar, die aufgrund u.a. des Entwicklungsstandes der Holzgas-BHKW-Anlagen noch nicht weit verbreitet ist. Durch Entwicklung der Holzgas-BHKW-Anlagen kann die Attraktivität der Anlagen für potentielle Betreiber gesteigert und so zu den Klimazielen der Europäischen Union beigetragen werden.

Projektverlauf

Die Ansatzpunkte, welche im Projekt aufgegriffen werden lassen sind in drei Ebenen unterteilen.

Auf Motor-Ebene gilt es den Grundmotor sowie die Komponenten für repräsentative Gaszusammensetzungen sowie Betriebszustände auszulegen. Hierbei sind Wirkungsgrad, Abgasemissionen sowie Dauerhaltbarkeit maßgebliche Design-Kriterien.

Auf der Betriebsebene ist eine passende Sensorik und Aktorik zu implementieren und mit einem zu entwickeln Motormanagement zu verknüpfen. Dadurch kann der Motorbetrieb bei optimalem Wirkungsgrad erfolgen und das Potenzial der Motorauslegung bestmöglich genutzt werden.

Die globale dritte Ebene betrifft die Gesamtanlage. Hier gilt es die Verbrennungsmotor-Einheiten in die Gesamtanlage sowie „smart“ in das Heiznetz und Smart Grid zu implementieren, um dadurch den Betrieb der Anlage in Abhängigkeit von Strom- und Wärmeabnahme optimal zu gestalten. Das Wärmemanagement der Gesamtanlage wird optimiert, um Motorkaltstarts zu vermeiden und die Abgasemissionen weiter zu senken.

Des weiten werden auf Gesamtanlagenebene „Maschine-Mensch-Schnittstellen“ entworfen, um eine verbesserte Anlagenüberwachung seitens der Betreiber zu realisieren. Auch ein prädiktives Servicekonzept, was zu gesteigerter Betriebssicherheit und reduzierten Servicekosten führen kann, ist Teil des Projekts.

Ergebnisse

Das Projekt holzgasBHWK+ hat eine optimierte Holzgas-BHKW-Anlage zum Ziel. Durch Gas-Motor-Module, welche auf das Holzgas sowie die Rahmenbedingungen durch Smart-Grid und Heiznetz abgestimmt sind, soll ein sparsamer Ressourceneinsatz bei minimierten Abgasemissionen erzielt werden. Ein intelligentes Motor- und Anlagenmanagement ermöglichen eine hohe Dauerhaltbarkeit bei maximiertem elektrischen Wirkungsgrad. Durch eine „Maschine-Mensch-Schnittstelle“ soll eine verbesserte Anlagenüberwachung mit prädiktivem Service ermöglicht werden.

Steckbrief

Projektnummer
871725
Koordinator
Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik
Projektleitung
Bernhard Geringer, bernhard.geringer@ifa.tuwien.ac.at
Partner
Glock Technology GmbH
Schlagwörter
Blockheizkraftwerk Effizienzsteigerung Gasmotoroptimierung Bioenergie
Förderprogramm
Energieforschungsprogramm
Dauer
04.2019 - 09.2021
Budget
1.185.627 €