KWK-System läuft mit biogenem Pyrolyseöl

Gesamtwirkungsgrad von 85 % erreicht

Den Protoypen eines kosteng?nstigen und flexiblen Energiesystems zur Strom- und W?rmeerzeugung auf Basis von Kraft-W?rme-Kopplung (KWK) hat ein internationales Konsortium im EU-Forschungsprojekt “SmartCHP” entwickelt. Es handelt sich dabei um ein motorisches KWK-System, das mit Pyrolyse?l aus Biomassereststoffen (fast pyrolysis bio oil, FPBO) betrieben wurde. In einem kleinen Ma?stab von 100 bis 1.000 kWel eignet es sich f?r die Energieversorgung beispielsweise von Mehrfamilienh?usern, Krankenh?usern oder kommunalen Geb?uden.

Das KWK-System besteht aus einem Dieselmotor mit Stromgenerator, einer Abgasnachbehandlung, einem W?rmer?ckgewinnungssystem und einem zus?tzlichen Heizsystem f?r den Betrieb mit FPBO. Mit einem an den Brennstoff FPBO angepassten Kraftstoffeinspritzsystem zeigte der KWK-Motor ?ber einen Versuchszeitraum von 500 Stunden einen st?rungsfreien Betrieb. Dies war der weltweit erste erfolgreiche Versuch dieser Art. Der elektrische Wirkungsgrad des Motors erreichte bis zu 33 % und sch?pfte damit das Potenzial des Motors voll aus. Der Gesamtwirkungsgrad (Strom und W?rme) lag bei 85 %. Der Wirkungsgrad konnte sowohl mit FPBO als auch mit herk?mmlichem Dieselkraftstoff erreicht werden. Daher d?rften Motoren, die mit Diesel eine Effizienz von 40 % und mehr aufweisen, diese Werte auch bei FPBO erreichen. Mit einer intelligenten und bedarfsgerechten Steuerung w?re das System in der Lage, erneuerbaren Strom aus Wind- und Sonnenenergie zu integrieren und den schwankenden Energiebedarf sowie die volatile Verf?gbarkeit von Wind- und Sonnenstrom zu regeln.

KWK-System mit Zusatzheizung

Die OWI Science for Fuels gGmbH entwickelte im Projekt das Heizsystem mit einer Leistung von rund 100 kWth. Zu diesem Zweck entwickelte OWI einen Brenner f?r den Betrieb mit dem Brennstoff FPBO und unter Nutzung des Abgases aus dem KWK-Motor als Oxidator. Das Heizsystem bestand aus einem modifizierten Kessel und dem Brenner. Der Kessel erzeugt zus?tzliche W?rme, wenn der Motor mit kleiner Leistung arbeitet, beispielsweise weil der Bedarf an Elektrizit?t gering ist, beziehungsweise durch Quellen wie Wind- und Solarenergie gedeckt wird. Das Heizsystem wurde im OWI-Labor mit Abgas unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet. Dar?ber hinaus war OWI f?r die Integration des Kessels in das katalytische Abgasnachbehandlungssystem verantwortlich und unterst?tzte die Integration des Kessels in den kompletten SmartCHP-Prototypen.

Die Abgasreinigung des KWK-Systems bestand einen 150-Stunden-Versuch und reduzierte den Aussto? von Kohlenstoffmonoxid-, Stickstoffoxid- und Partikelemissionen auf die in Europa geltenden Grenzwerte. Eine umfassende Umweltbewertung ergab eine Verringerung der Treibhausgasemissionen um 87 bis 95 %, basierend auf der Anwendung der RED-II-Methode zur Berechnung der THG-Emissionen.

Das SmartCHP-Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 815259 mit 4 Mio. EUR aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europ?ischen Union Horizon 2020 finanziert. Es begann im Juni 2019 und hatte eine Laufzeit von 4 Jahren. Forschungspartner sind OWI Science for Fuels, Abato Motoren, Exergia Energy and Environmental Consultants, Capax Environmental Services, Greenovate! Europe, Technical University of Eindhoven, Tehag Germany, Denmark Technical University, Dowel Management und die BTG Biomass Technology Group, die das Projekt koordinierte.

Keywords:KWK-System, Pyrolyse?l, Kraft-W?rme-Kopplung, KWK, FPBO, OWI

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