Thema

Es bestehen im Bereich der dezentralen Nutzung von Biomasse zur Kraftwärmekopplung weiterhin Defizite in der Technologieauswahl und in der Zuverlässigkeit der Anlagen. Eine technische Alternative stellt die Stirlingmaschine dar, die über eine externe Wärmezufuhr und nicht durch einen inneren Verbrennungsprozess (wie bei Kolbenmaschinen) mit der nötigen Enthalpie versorgt wird. Für hohe elektrische Wirkungsgrade werden hohe Systemtemperaturen benötigt, die den notwendigen Wärmetransport von einer durch Biomasse gespeisten Energiefreisetzung an den Stirling komplex erscheinen lassen (Verschmutzungen, Teer, Ascheschmelzen usw.). Direkte Kopplungen führten nicht zum Erfolg. Daher soll ein indirekt arbeitendes Wärmeübertragungssystem entwickelt werden, das auf der einen Seite von einer Verbrennung von Biomasse in einem Kessel gespeist wird und auf der anderen Seite Wärme als Heissgas an den Stirling überträgt. Damit ergeben sich geringere Anforderungen an die Brennstoffqualität, die Verbrennung kann optimiert werden und für den Stirling sollten sich längere Laufzeiten ohne technische Probleme ergeben.

Ziele

In einem primären Schritt geht es um eine systematische Aufarbeitung der möglichen Wärmeübertragungskonzepte in einem Temperaturbereich von 850°C bis zu 1200°C und angepasst an die konkrete Aufgabenstellung, einen Stirling mit einem Biomassekessel zu verkoppeln. Dieser Erkenntnisgewinn wird dann in der zweiten Phase konkret in ein technisches Konzept umgesetzt und erprobt. Bei Erfolg steht eine Umwandlungstechnologie mit einem hohen Wirkungsgrad, niedrigen Emissionen und großen Potenzialen zur Reduzierung der Klimagasemissionen bei effektivem Einsatz der erneuerbaren Energiequelle Biomasse zur Verfügung. Biomasse kann dann dezentral zur Kraftwärmekopplung eingesetzt werden.

Maßnahmen

• Prinzipielle Beurteilung der verschiedenen Wärmeübertragungsmechanismen wie regenerativ, rekuperativ oder heat pipe
• Festlegung der Randbedingungen am Kessel und Stirlingmotor durch Messungen und Modell
• Konstruktion und Berechnung eines oder mehrerer Wärmeübertrager
• Fertigung des Wärmeübertragers, Einbau und Versuchsphase
• Abschließende wirtschaftliche und technische Beurteilung

Schwerpunkt

Entwicklung eines Hochtemperaturwärmeübertragers für die Kopplung von Biomassekesseln mit Stirlingmaschinen