Projekt 20631/01

Entwicklung einer Holz-Pellet-Feuerung für Stirling-Blockheizkraftwerke (BHKW)

Projektträger

SOLO STIRLING GmbH
Stuttgarter Str. 41
71069 Sindelfingen
Telefon: 07031/301-216

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Eine verstärkte Nutzung biogener Brennstoffe ist zur Minderung von CO2- Emissionen wünschenswert. Für eine optimale Ausnutzung dieser Brennstoffe muss Kraft-Wärme-Kopplung angewandt werden, dazu steht aber unter 100 kWel keine Technik zur Verfügung.
Gasbetriebene Stirlingmotoren von Solo mit knapp 9 kWel/26 kWth sind auf den Markt, derselbe Grundmotor kann auch mit Biomasse laufen. Zu lösende Probleme sind die Verschmutzung des Erhitzers durch Aschen und die Notwendigkeit einer Luftvorwärmung.
Es sollte ein spezieller Brenner entwickelt werden, der Luftvorwärmung und gestufte Verbrennung vorsieht. Damit wird eine Technik erarbeitet, die eine dezentrale Nutzung von Holzpellets in Kraft-Wärme-Kopplung bei geringen Schadstoffemissionen erlaubt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Konzept der Feuerung mit Luftvorwärmung und Minimierung der Aschebelastung für Erhitzer und Luftvorwärmer musste zunächst festgelegt werden, hier war der Unterauftragnehmer Hoval federführend. Nach Ergebnissen aus Vorversuchen wurde als Konzept dazu eine Holzvergasung und ein spezieller Brenner mit Luftvorwärmung ausgewählt. Der Projektpartner Hoval entwickelte zunächst einen aufsteigenden Gegenstrom-Vergaser, Solo modifizierte den Brenner der Gasmaschine leicht für den Betrieb mit schwachkalorigem Holzgas. Erste Versuche fanden auf dem Stirlingmotor statt, zeigten aber noch Probleme an Vergaser und Brenner.
Beide Komponenten wurden überarbeitet, neue Vergaser/ Brennerversuche fanden zuerst mit einem wassergekühlten Erhitzer und erst danach auf der kompletten Stirlingmaschine statt. Der Brenner war nun gut geeignet für das Holzgas, noch befriedigte aber der Vergaserbetrieb nicht. Im Herbst 2004 wurde dieser in eine absteigende Konzeption umgebaut, hierdurch erhielt man eine deutlich bessere Gasqualität. Nach weiteren Arbeiten in Liechtenstein automatisierte Solo das System mit einer SPS und führte die Dauerversuche ab Herbst 2005 in Sindelfingen fort, verbesserte Pelletzufuhr, Rüttelrost und Ascheabfuhr und fügte eine Lamdasonde zur Gemischregelung hinzu.


Ergebnisse und Diskussion

Das grundsätzliche Problem von Schlacke- Ablagerungen am Erhitzer und Asche-Verstopfung im Luftvorwärmer ist bei der Kombination von Holzvergasung mit Primärluft und Verbrennung mit Sekundärluft in einem modifizierten Gasbrenner offenbar unkritisch und trat bei keinem der Versuche auf.
Das vorliegende Konzept umgeht also dieses in früheren Versuchen fatale Phänomen und stellt im We-sentlichen noch Entwicklungsaufgaben an peripheren Bauteilen zur weiteren Bearbeitung. Schwierigkeiten machen immer noch die automatische Pelletzufuhr, der bewegliche Ascherost, die automatische Ascheabfuhr sowie Undichtigkeiten am Vergaser.
Start und Stopp gelingen allgemein relativ rasch, die Regelvorgänge sind automatisiert. Dauerbetrieb wurde mehrmals über 15 Stunden durchgeführt bis die vorher genannten Probleme auftraten, eine Lösung ist aber sicher möglich. Eine Leistung von 8 kWel und 22 kWth konnte schon erreicht werden. Bei Hoval wurden etwa 150, bei Solo weitere 300 Betriebsstunden akkumuliert.
Die Schadstoffemissionen liegen ähnlich wie bei einer guten Pelletheizung unter 100 für NOx und 250 ppm für CO.
Die Wirkungsgrade befriedigen aber noch nicht. Hier sind zwar bei Holz gewisse Grenzen gesetzt, dennoch sollten 19-22 % elektrischer und über 75 Gesamtwirkungsgrad erreichbar sein, wenn der Vergaserwirkungsgrad noch verbessert ist.
Die Anlage ist durch die Einspeisevergütungen nach EEG für den Betreiber ökonomisch sehr interessant.
Die Entwicklung soll mit hoher Priorität weitergehen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die vorliegende Technik ist so interessant dass sich fast 50 % der Anfragen bei Solo Stirling auf ein Pellets beheiztes KWK- Modul beziehen. Eine zusätzliche Öffentlichkeitsarbeit ist deshalb derzeit nicht wün-schenswert, sie wird erst stattfinden, wenn das Produkt auf dem Markt verfügbar ist. Eine Präsentation des technischen Standes beim Europäischen Stirling- Forum im September 2006 in Osnabrück ist vorgesehen.


Fazit

Die Ergebnisse zeigen dass die Kernprobleme der Technologie gelöst sind, periphere Komponenten müssen aber noch weiter entwickelt werden.
Der Markt und die Gesellschafter der Solo Stirling sind an diesem Gerät sehr interessiert. Die Arbeiten werden weitergeführt, in der Heizperiode 06/07 könnten einige Erprobungsmaschinen bei Anwendern installiert werden.