Projekttreffen STEP auf dem Firmengelände von ATS - Agro Trading & Solutions in Hardegsen (Foto: DBFZ)

Biomassefeuerung Biomassetechnologien Sektorkopplung | KWK

FKZ-Nr. 03KB122

BioWasteStirling - Verstromung von biogenen Reststoffen mit einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor

Bestehende KWK-Anlage (Foto: FAU)

Dauer

  • 01.09.2017 – 31.12.2020

Kontakt

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik
Fürther Straße 244f
90429 Nürnberg

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl
FAU Erlangen-Nürnberg
Fürther Straße 244f
90429 Nürnberg

Dominik Müller – Projektleiter
Telefon: +49-(0) 911/5302-9024
E-Mail: dominik.mueller‍@‍fau.de

Tanja Schneider – Direkter Ansprechpartner / Projektkoordinator
Telefon: +49-(0) 911/5302-9038
E-Mail: tanja.t.schneider‍@‍fau.de

Partner

03KB122B - SWW Wunsiedel GmbH
03KB122C - Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ)

Assoziierte Partner

03KB122 - Frauscher Thermal Motors

Kooperationspartner

Unterauftragnehmer

Ergebnisse

Endbericht: BioWasteStirling 2021

Kernbotschaften

  1. Die Dauerlauffähigkeit der entwickelten Mikro-KWK-Pilotanlage, basierend auf einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor, konnte im Feldtest bestätigt werden.
  2. Für die Nutzung von holzartigen Brennstoffen konnte ein elektrischer Wirkungsgrad bis zu 16% erreicht werden, der Brennstoffausnutzunggrad erreichte 85%.
  3. Für die Nutzung problematischer biogener Reststoffe konnten aus den Dauerversuchen Optimierungspotentiale und klare Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, welche als Grundlage für die konstruktive Weiterentwicklung der Anlage dienen.
  4. Die Feinstaubmessungen und Dauerlaufversuche zeigen eine Abhängigkeit der Emissionen von dem Bettmaterialzustand. Eine Anpassung der Horizontalzyklonauslegung erlaubt die Ausschleusung von gealtertem Material und ein kontinuierliches Bettmaterialmanagement konnte entwickelt werden.  
  5. Das Erosionspotential in der kleinskaligen Wirbelschichtfeuerung ist nach umfassenden Laborversuchen als gering einzustufen. Die Haupteinflussfaktoren dabei sind die Partikelgrößenverteilung und anliegende Fluidgeschwindigkeit.
  6. Insgesamt ist das Mikro-KWK-Konzept zukünftig vor allem für holverarbeitende Betriebe im Kleingewerbebereich und in der Landwirtschaft mit Reststoffnutzung interessant.

Thema

Bisher bleiben große Teile biogener Festbrennstoffe für die kleinskalige Stromerzeugung ungenutzt, da sie in derzeit verfügbaren Rostfeuerungen aufgrund der notwendigen hohen Verbrennungstemperaturen große Probleme bereiten.

Die Nutzung von kleinsten Wirbelschichtfeuerungen für Mini-KWK-Konzepte erlaubt dagegen eine effiziente Kühlung der Feuerung mittels eines Stirlingmotors bei gleichzeitig vermiedener Verschmutzung von Wärmeübertragern. Aufgrund des dann geringen notwendigen Luftüberschusses ohne unzulässige Überschreitung von Ascheschmelztemperaturen bei gleichzeitiger Brennstoffflexibilität können hohe Feuerungswirkungsgrade erreicht werden.

Ziel

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Feldtesterprobung eines hocheffizienten, brennstoffflexiblen und skalierbaren KWK-Systems, bestehend aus einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor. Damit soll der hohen Nachfrage nach Lösungen zur Verstromung von bisher ungenutzten Reststoffen entsprochen werden, für die aktuell keine technische Lösung verfügbar ist.

Maßnahmen

FAU, EVT
Aufbau und Inbetriebnahme einer 5 kWel-KWK-Anlage in der Laborumgebung; Vorbereitung des Langzeitbetriebs bei den SWW mit dem Fokus auf Tests verschiedener biogener Brennstoffe; Untersuchung der Partikelabscheidung von Horizontalzyklonen; Last- und einsatzabhängige Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, Bewertung des Nutzungspotenzial verschiedener Brennstoffe sowie Evaluierung des Marktpotenzials.

SWW Wunsiedel GmbH
Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur für den Feldtest; Brennstoffaufbereitung für die Nutzung in der Kleinstwirbelschichtfeuerung, Bewertung der wirtschaftlichen und kontinuierlichen Nutzung der Brennstoffpotenziale im Versorgungsbereich der SWW auf Basis der Feldtestergebnisse

TFZ
Bestimmung von Feinstaubemissionen inkl. Korngrößenverteilung an der Feldtestanlage in Abhängigkeit von Betttemperaturen, Luftzahl, Brennstoffstoff und Zustand des Bettmaterials

Frauscher Thermal Motors
Bereitstellung eines 5 kWel Stirlingmotors; Anpassung und Optimierung des Wärmeübertragers für die Wirbelschichtfeuerung; Werkstoffaspekte bei der Untersuchung der Erosion für den Lebensdauernachweis des In-Bett-Wärmeübertragers

Schwerpunkte

FAU, EVT
Aufbau und Inbetriebnahme Demoanlage, Begleitung des Feldtests mit verschiedenen biogenen Brennstoffen, Partikelabscheidung von Horizontalzyklonen, Wirtschaftlichkeits- und Marktpotentialanalyse

SWW Wunsiedel GmbH
Bereitstellung der Infrastruktur Einbindung der Demoanlage am Standort der SWW; Feldtestbetrieb; Brennstoffpelletierung/-aufbereitung

TFZ
Messung von (Feinstaub-) Emissionen

Frauscher Thermal Motors
Bereitstellung Stirlingmotor und Optimierung des Wärmeübertragererhitzerkopfs


Zurück

Projektsuche

Themen

Weitere Vernetzung

enArgus
Projektdatenbank