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Entwicklung einer Versuchsfeuerung mit optimierten Wärmetauscher zur Integration eines Stirling-Moduls

Strom und Wärme aus fester Biomasse stellen einen wertvollen Beitrag in der Erfüllung der von der EU eingeforderten Aktionspläne für erneuerbare Energien dar. Die Stirlingtechnologie ist in der Lage, innerhalb einer Funktionseinheit Strom aus Hochtemperaturwärme zu erzeugen und zusätzlich Niedertemperaturwärme zur Verfügung zu stellen. Durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen hat eine Stirling-Biomasse-Kombination das Potential einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energiegewinnung aus Biomasse beizutragen. Es kann sowohl den Anteil an Pelletsfeuerungen an der Wärmebereitstellung erhöhen, als auch den Strommix positiv in Richtung alternativer Energien verändern.

Im beschriebenen abgeschlossenen Projekt StirBio wurde eine Stirling-Pellet-Kombination zur gleichzeitigen Wärme- und Stromerzeugung entwickelt und untersucht. Der verwendete Stirling hatte eine Generatorleistung von 5 kWel und wurde mit einem Pelletbrenner bei 30 kW Nennleistung thermisch betrieben. Die Kernaufgaben im Projekt, sowie die Ergebnisse daraus werden in diesem Bericht zusammengefasst.

Projektverlauf

Bislang bestehen für die Stirlingtechnologie mit Biomasse als Brennstoff im kleinen Leistungsbereich noch keine Lösungen für einen dauerhaften, wartungsarmen und wirtschaftlichen Betrieb. Die Gründe dafür sieht das Projektkonsortium in folgenden Punkten:

  • Derzeitige Feuerungsanlagen mit Stirlingmotoren als Nachrüstlösungen sind nicht geeignet, um möglichst sauberes und möglichst heißes Verbrennungsgas zu erzeugen. Deswegen ist kein dauerhafter und effizienter Betrieb des Erhitzer-Wärmetauscher und somit des Stirlingmotors möglich.
  • Die Notwendigkeit einer nachträglichen Reinigung oder eines Reinhaltekonzeptes des Erhitzer-Wärmetauschers wurden bisher nicht berücksichtigt

Im Projekt StirBio wurden diese Punkte herangezogen, um die Entwicklung und den erfolgreichen Test einer Pellets-Versuchsfeuerungen zum Betrieb eines integrierten Stirling-Motors mit bisher unerreichter elektrischer Effizienz (15%) zu erreichen.

Für die Erreichung dieses Zieles wurden im Vorfeld folgende Schwerpunkte definiert:

  • vollständige Integration des Stirlingmotors in die Feuerungsanlage
  • hohe Verbrennungsgastemperaturen
  • minimierte partikelförmige Emissionen
  • Evaluierung der Anforderungen an die thermische Belastung der Materialien
  • Entwicklung eines für Biomasseheißgase optimierten Erhitzer-Wärmetauscher
  • Reinhalte- und Abreinigungskonzept für den Erhitzer-Wärmetauscher
  • Störungsmanagement zum Schutz des Erhitzer-Wärmetauschers vor Überhitzung
  • Optimierung des inneren Wirkungsgrades der Stirlingmaschine

Steckbrief

Projektnummer
838709
Koordinator
BIOENERGY 2020+ GmbH
Projektleitung
Ernst Höftberger, ernst.hoeftberger@bioenergy2020.eu
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
04.2013 - 03.2016
Budget
1.034.761 €