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Erfahrungsbericht über ein Holzpellet-Stirling-BHKW
der Fa. Sunmachine(Entwicklungsstand 2006)
zum Klein-KWK-Forum Nordhessen
14. Mai 2008 in Allendorf (Eder)Reinhard Kuhauptrkuhaupt@t-online-de
Gliederung
• Persönliche Vorstellung• Projektrahmen (Gebäude, Heizung, EnEV)• Sunmachine-Stirling-Konzept• Sunmachine 2006 im Betrieb• Betriebserfahrungen, Probleme• Neue Sunmachine Pellet 2008• EEG und Wirtschaftlichkeit
Biogaserzeugung und -einspeisungHardegsen - Gesamtkonzept
Aufmethanisierung
Benutzungsdauer:
7.500 h/a
1.021 m3/h
(bis zu
1.232 m3/h)
250 m3/h
1.250 kW
500 kW
5.616 kW
CO2 inkl. Methanverlust
550 m3/h (bis zu
630 m³/h)
Bioerdgas
5.500 kW
5.500 kW
Erdgas insgesamt
47 Mio. kWh/a
470 m3/h
BHKW vor Ort
ηel=39%ηth=39%
Elektrische Leistung
500 kW
für Fermenterbeheizung
Biogaserzeuger
E.ON Mitte
Erdgasleitung
Ankauf von
Roh-Biogas
jeweilsEEG-Vergütung für
Elektr. Energie,Verkauf von Wärme
z. B. 10 Module à 340 kWel und 480 kWw ,ca. 5.100 h/a an unterschiedlichen Wärme-Standorten
50 % CH4
BHKW
Anbaufläche ca. 800 bis 1.000 ha
ggf. E.ON Mitte
Input 61.000 t/a: z. B. 90% Mais,10% GülleGärrest 46.000 t/a
Biogasaufbereitung
Das Gebäude, der Projektstandort
2008• 120 mm WDVS• Teilweise 3-fach- Verglasung• Dach 300 mm Isoflock• 8 m² Solarkollektor• 2,2 kW Fotovoltaik• WW-Anschluß Waschmaschine und Wäschetrockner
• Teilweise Lüftung mit WRG• Holzpellet-Stirling-BHKW
1985• 24er Mauerwerk• Thermopenverglasung• Keine Dachdämmung• Ölheizung
Gebäudeenergiepass
Vorstellung
Prinzip„SUNMACHINE“
Brenner„SUNMACHINE“
Stirling-Prozess
Stirling-Motor
Übersicht„SUNMACHINE“
Ansichten„SUNMACHINE“
Technische Daten„SUNMACHINE“
Kostenvergleich„SUNMACHINE“
Impressionen„SUNMACHINE“
Schlusswort
Gesamtsystem Sunmachine
Stirling• außen liegende, kontinuierticheVerbrennung
• keinen Explosionsdruck, nur Ausdehnung
• keine Zündkerzen
• keine Ventile
• keine Steuerkette
• kein Ölbad
• wartungsfreier Betrieb laut Simulation80.000 Bh
Vorstellung
Prinzip„SUNMACHINE“
Brenner„SUNMACHINE“
Stirling-Prozess
Stirling-Motor
Übersicht„SUNMACHINE“
Ansichten„SUNMACHINE“
Technische Daten„SUNMACHINE“
Kostenvergleich„SUNMACHINE“
Impressionen„SUNMACHINE“
Schlusswort
Komponenten der Sunmachine
Expansions-kolbendom
Expansions-kolben
Laufbuchse
Kompressions-kolben
PleuelKühler
Pleuel-lager
Kurbel-welle
ErhitzerröhrchenStickstoffgefüllt
Erhitzerkopf
Regenerator
Gegen-gewicht
Vorstellung
Prinzip„SUNMACHINE“
Brenner„SUNMACHINE“
Stirling-Prozess
Stirling-Motor
Übersicht„SUNMACHINE“
Ansichten„SUNMACHINE“
Technische Daten„SUNMACHINE“
Kostenvergleich„SUNMACHINE“
Impressionen„SUNMACHINE“
Schlusswort
Datenblatt Sunmachine - Pellet Brennereinheit Brennstoff: Holzpellets, mindestens DIN plusLeistung kW: 7,5 – 14,9Inspektion: 1 x jährlich Reinigung: nach AnforderungSteuereinheitBedienung: graphisches TouchdisplaySchnittstelle RS 232: für Modem bzw. PCOptional: 3 Heizkreise und ein Warmwasserbereiter ansteuerbar,
Ladeoption für zusätzlichen Pufferspeicher,Schaltausgang für Spitzenlastanforderung
ZuführungPellet – VorratbehälterFassungsvermögen: 80 LiterPelletzuführung: mittels Vakuumförderung zur Sunmachine
vom Vorratraum (Sacksilo oder Erdtank)Abgas
Abgasführung nach Anforderung bei FeststoffkesselKondensat <1l/h
StirlingmotorZylinderanzahl: 1Hubraum: 520 ccmDrehzahlbereich: 500-1000 U/minArbeitsgas: Stickstoff mit 33 barWechselrichterNetzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzEingangsspannung: 350-600 Volt Netzüberwachung: 3 Phasen
BHKW Netzeinspeiseleistung: 1,5 – 3 kWThermische Leistung: 4,5 – 10,5 kWWirkungsgrad elektrisch: 20 – 25 %Gesamtwirkungsgrad: ca. 90 %Vorlauftemperatur: 50 - 75° CRücklauftemperatur, max. 60° C
Optimal: 30° CSchallemissionen: ca. 49 dBGewicht: (ohne Verkl.) ca. 410 kg Maße LXBXH in mm: 1160x760x1590
Technische Daten SM - Pellet
Die Erstinbetriebnahme
Betrieb mit Kabine
Probleme beim Stirlingmotor und deren Beseitigung• Gedrosselt auf 1,5 kW (mittlerweile 3 kWel erreicht)• Druckverlust Stickstoff von 27 auf 22 bar innerhalb von 3 Monaten
GlutsensorKontrollglas
Pelletfallschacht
Keramikgitter
3 KW Elektroheizung 300°C bei Start
Dämmung
Potenzialwirbel
Abgas mit Lambdasonde über Saugzuggebläse
wasserdurchströmter Brennwert WT
Abgas
Frischlufteinlass
Rekuperator
Funktionsschema der Brennereinheit
Vorstellung
Prinzip„SUNMACHINE“
Brenner„SUNMACHINE“
Stirling-Prozess
Stirling-Motor
Übersicht„SUNMACHINE“
Ansichten„SUNMACHINE“
Technische Daten„SUNMACHINE“
Kostenvergleich„SUNMACHINE“
Impressionen„SUNMACHINE“
Schlusswort
Probleme beim Brenner und deren Beseitigung• Brenner neigt aufgrund zu hoher Temperatur zum verschlacken (behoben durch geänderte Luftführung )
• Zu hoher Stromverbrauch durch lange Vorheizzeit (45 min, neu < 5 min)
• Stromverbrauch durch Saugzuggebläse etwa 250 W• Reinigung relativ aufwendig (neue mech. Rostreinigung, Wartung
nur ein mal im Jahr) • Unruhige Verbrennung durch falsche Position der Lambda-Sonde (behoben)
• Fehlstart durch Mängel in der Steuerung• Verschmutzung der Wärmetauscherfläche, keine Kondensation
Probleme beim Brenner und deren Beseitigung• Brenner neigt aufgrund zu hoher Temperatur zum verschlacken (behoben durch geänderte Luftführung )
• Zu hoher Stromverbrauch durch lange Vorheizzeit (45 min, neu < 5 min)
• Stromverbrauch durch Saugzuggebläse etwa 250 W• Reinigung relativ aufwendig (mech. Rostreinigung, Wartung nur ein mal im Jahr)
• Unruhige Verbrennung durch falsche Position der Lambda-Sonde (behoben)
• Fehlstart durch Mängel in der Steuerung• Verschmutzung der Wärmetauscherfläche, keine Kondensation
Brennerfunktion, Startvorgang
Pelletzuführung420 – 480 °C
Motorstart670 – 700°C
Pelletnachschub
Elektroschema Sunmachine
Wechselrichter und BHKW-Regelung
Netzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzNetzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzNennleistung:Nennleistung: 3 kW Spitzenleistung:Spitzenleistung: 3,3 kW Eingangsspannung:Eingangsspannung: 350 - 600 VoltWirkungsgrad:Wirkungsgrad: max. 95,7 %NetzNetzüüberwachung:berwachung: 3 Phasen
Wechselrichtertechnik
Probleme bei der BHKW-Regelung und deren Beseitigung• Drehzahlregelung der Pumpen nicht realisiert• Wärmemanagement durch Aufschaltung der Speicher und Heizkreise nicht realisiert
Hydraulikschema Sunmachine
Erreichte Ziele zum Markteintritt 2008
Einhaltung der technischen DatenEinhaltung der technischen DatenReduzierung der elektrischen Vorheizzeit unter 5 min.Verringerung der Brennerverschmutzung durch Verringerung der Brennerverschmutzung durch
Absenkung der Rosttemperatur um 400 KAbsenkung der Rosttemperatur um 400 KAutomatische RostreinigungAutomatische RostreinigungBrennerwartung nur einmal jBrennerwartung nur einmal jäährlich erforderlichhrlich erforderlichHeizungsmodul übernimmt alle Regelungs-
funktionen bis in die Heizkreise hinein
Markteinführungstand 2008
Ansätze zur WirtschaftlichkeitPelletbedarf bei 3 kWel 7 kWth lt. Hersteller 2,25 kg/Bh
„normale“ Pellets NaWaRoPelletpreis [€/t] entspricht: 4 ct/kWh 4,8 ct/kWhEinspeisevergütung 16,67 ct/kWh 23,67 ct/kWh
Brennstoffkosten je Bh: 45 ct 54 ctEinspeisevergütung je Bh: 50 ct 68 ct______________________________________________Überschuss je Bh: 5 ct 14 ct
Finanzierung der Investition von 25.000 bis 30.000 € nettoKesselgutschrift 10.000 €
Zum guten Schluß:• Dank an das Hessische Wirtschaftsministerium und die Hessenenergie sowie die Stadtwerke Wolfhagen
• Apell an Planer, Installateure und mögliche Betreiber
• Die technischen Probleme sind lösbar, zum Markteintritt in diesem Jahr hoffentlich gelöst
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
www.sunmachine.com