Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Robust, Sauber, Ausdauernd: Neuartige Mikro-KWK-Pilotanlage geht nach erfolgreichem Labor-Langzeitversuch in Feldtest

26.06.2019

Bisher bleiben große Teile biogener Festbrennstoffe für die Stromerzeugung im niedrigen Leistungsbereich ungenutzt. In derzeit verfügbaren Rostfeuerungen bereiten sie aufgrund der notwendigen hohen Verbrennungstemperaturen große Probleme. Eine technische Lösung dafür entsteht nun im Rahmen des vom BMWi-Förderbereich „Energetische Biomassenutzung“ finanzierten Projekts BioWasteStirling (FKZ 03KB122). Die dabei von Wissenschaftlern der FAU Erlangen-Nürnberg entwickelte Mikro-KWK-Anlage bestand einen ersten Langzeittest im Labor erfolgreich und soll Ende Juni am Feldteststandort in Wunsiedel in Betrieb gehen.

Strom mit bisher ungenutzten biogenen Reststoffen erzeugen - eine Marktlücke, für die es aktuell im kleinskaligen Bereich noch keine technische Lösung gibt. Wissenschaftler am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik an der FAU Erlangen-Nürnberg wollen das nun ändern.


Aufbau der Mikro-KWK-Anlage (Darstellung ohne Isolierung und Instrumentierung)

FAU


Anlagensetup für den Labortestbetrieb am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik

FAU

Gemeinsam mit den Projektpartnern SWW Wunsiedel und Frauscher Thermal Motors entwickeln sie derzeit ein hocheffizientes, brennstoffflexibles und skalierbares Mikro-KWK-System, bestehend aus einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor.

Die Nutzung von kleinsten Wirbelschichtfeuerungen für Mini-KWK-Konzepte (siehe Kasten unten) verspricht eine effiziente Kühlung der Feuerung mittels eines Stirlingmotors und vermeidet gleichzeitig die Verschmutzung von Wärmeübertragern. Der für die Kühlung notwendige Luftüberschuss ist damit geringer und hohe Feuerungswirkungsgrade können erreicht werden.

An diesem Konzept forschen Wissenschaftler am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bereits seit einigen Jahren. Das laufende Projekt „BioWasteStirling“ soll dies nun weiter vorantreiben & fokussieren. Bis Anfang 2019 führten die Forscher im Labor stundenweise Versuche durch. Diese Tests eröffnen jedoch nur sehr schwer Erkenntnisse zum Betrieb der Gesamtanlage in stationären Betriebspunkten.

Auch das Betriebsverhalten des beigestellten Motors (Frauscher Thermal Motors) konnte in der neuartigen Kombination mit der Wirbelschichtfeuerung dabei noch nicht mehrere Tage im Betrieb erprobt werden. Erst ein Langzeittest im Labor im Februar ermöglichte es den Forschern, die neu entwickelte Anlage mehrere Tage im Dauerlastfall zu beobachten. Damit konnten Rückschlüsse auf Teillastverhalten, Regelungsstrategien und Bettmaterialmanagement getroffen werden.

Die Ergebnisse im Detail

Die Anlage erreichte während des Versuchs je nach Lastzustand einen maximalen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 15 % und einen feuerungstechnischen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 %. Die Nennleistung des Motors von 5 kWel konnte bereits vor dem Versuch in der ersten Inbetriebnahme erreicht werden. Sowohl die CO- als auch Feinstaubemissionen blieben über den kompletten Versuchszeitraum unter den geltenden Grenzwerten der 1. BImSchV.

Die Dauerlastfähigkeit des Anlagenkonzepts konnte damit erfolgreich unter Beweis gestellt werden. Darüber hinaus entstanden während des Versuchs keine Verschlackungen, Anbackungen oder Erosionserscheinungen im Reaktorbehälter oder an den Wärmeübertragerflächen des Motors.

Ausblick – Feldtest ab Ende Juni 2019

Die durch den Langzeittest im Labor erlangten Erkenntnisse waren in den letzten Wochen Grundlage für konstruktive und regelungstechnische Verbesserungen der Anlage. Gleichzeitig strebten die Forscher den schnellstmöglichen Umbau der Anlage an den Standort der SWW Wunsiedel in den autarken Container (Feldtestumgebung) an, um die Versuchszeiten auf den wochenweisen Betrieb und weitere Brennstoffe auszuweiten.

Die im Labor entwickelte Mikro-KWK-Anlage wird nun Ende Juni den nächsten Schritt „vom Labor in die Praxis“ durch den Feldtest begehen. Dann steht vor allem die Langzeitstabilität im Fokus – und eine Bestätigung der bisherigen guten Laborergebnisse.

Ist das der Fall, so hoffen die Mitarbeiter der FAU auf eine Möglichkeit zur Kommerzialisierung und die Erweiterung der möglichen Produktpalette auch auf weitere Einsatzszenarien kleinskaliger Wirbelschichtfeuerungen im Wärme- und Stromsektor.

Was macht die Mikro-KWK-Anlage besonders?

Die Mikro-KWK-Anlage beruht auf einem Konzept, welches eine kleinskalige Wirbelschichtfeuerung mit einem Stirlingmotor kombiniert, indem die Erhitzerkopfflächen des Motors direkt in das Wirbelbett eingebracht werden. Dadurch kann die Feuerung aktiv gekühlt werden, was den Betrieb mit einem niedrigeren Luftüberschuss ermöglicht und somit höhere Feuerungswirkungsgrade erreicht werden können. Projektmitarbeiterin Tanja Schneider (FAU) erklärt:

„Auch bisherige Probleme in solch kleinskaligen KWK-Anlagen mit Biomassefestbrennstoffen, beispielsweise die Überschreitung von Ascheschmelztemperaturen und somit entstehende Verschmutzungen an Wärmeübertragerflächen können durch dieses Konzept aktiv vermieden werden. Der sehr gute Wärmeübergang im Wirbelbett verspricht darüber hinaus eine verbesserte Wärmeauskopplung und schließlich einen effizienten Betrieb des Motors.“

FÖRDERBEREICH „ENERGETISCHE BIOMASSENUTZUNG“

Seit 2018 fördert das BMWi Bioenergiethemen mit dem Förderbereich „Energetische Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe“ im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms.


Startpunkt der Förderung war - im Juni 2008 - das Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung – Förderung von Forschung und Entwicklung zur klimaeffizienten Optimierung der energetischen Biomassenutzung““, welches vom Bundesumweltministerium initiiert wurde.

2014 wechselte das Programm in den Verantwortungsbereich des BMWi. Seit 2016 ist das Programm als Forschungsnetzwerk BIOENERGIE Teil der Forschungsnetzwerke Energie des BMWi.
Nach zehnjähriger Laufzeit umfasst die Förderung über 150 Verbundprojekte bzw. über 380 Einzelprojekte zum Thema Biomasse als Energieträger.

Im Fokus steht die Erforschung und Entwicklung von zukunftsweisenden Technologien sowie Verfahrens- und Prozessoptimierungen, die eine effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Nutzung der Bioenergie ermöglichen und zur Versorgungssicherheit beitragen.

Dazu unterstützt das Ministerium vor allem durch praxisorientierte Lösungen mit Demonstrations- und Pilotcharakter, die zur Flexibilisierung der Strom- und Wärmeerzeugung aus Biomasse beitragen. Systemintegration, Sektorkopplung, Digitalisierung sowie die erfolgreiche Kombination von Anlagen und Konzepten zur Nutzung Erneuerbarer Energien sind weitere wesentliche Aspekte.

Zur Verbesserung der nachhaltigen energetischen Nutzung im (gekoppelten) Wärme- und Strombereich sowie Verkehrsbereich sollen vor allem Biomassereststoff- und Abfallpotenziale erschlossen werden. Fördermittelempfänger sind klassische Forschungseinrichtungen, aber vor allem auch klein- und mittelständische Unternehmen, die die Markteinführung bestimmter Technologien anstreben.

Insgesamt sind seit 2009 rund 250 Institutionen im Programm beteiligt gewesen, davon über 125 KMU. Das Programm war bisher mit 67,3 Millionen Euro ausgestattet.

Das Begleitvorhaben, angesiedelt am DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH, ist für die wissenschaftliche Begleitung und Öffentlichkeitsarbeit des Förderbereichs Bioenergie des BMWi zuständig. Mit der fachlichen und administrativen Koordination desselben wurde der Projektträger Jülich (PtJ) beauftragt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl
Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik
Fürther Straße 244f
90429 Nürnberg

Tanja Schneider M.Sc. – Direkter Ansprechpartner / Projektkoordinator
Tel: +49 911 5302 9038
Email: tanja.t.schneider‍@‍fau.de

Dr. Ing. Dominik Müller – Projektleiter
Tel: +49 911 5302 9024
Email: dominik.mueller@fau.de

Begleitvorhaben des BMWi-Förderbereichs "Energetische Biomassenutzung"
Diana Pfeiffer – Projektkoordination
Telefon: +49 (0)341 2434-554
E-Mail: diana.pfeiffer@dbfz.de

Weitere Informationen:

https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/news-media/presse/news-details/ne... Pressemitteilung auf der Webseite des BMWi-Förderbereichs "Energetische Biomassenutzung"

Bianca Stur | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Schiffsemissionen reduzieren – aber wie?
14.05.2020 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Wenn jedes Teilchen zählt: IOW entwickelt umfassende Verfahrensleitlinie zur Mikroplastik-Extraktion aus Umweltproben
08.05.2020 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen

29.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wald im Wandel

29.05.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

Schwarzer Stickstoff: Bayreuther Forscher entdecken neues Hochdruck-Material und lösen ein Rätsel des Periodensystems

29.05.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics