Projekt 21867/01

Felderprobung eines neu entwickelten Stirling-Motors in Kombination mit einer Klein-Holzfeuerungsanlage

Projektträger

Dr. Bernd Kammerich
44143 Dortmund

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Feststoffbefeuerte Blockheizkraftwerke in kleinen Leistungsgrößen (1 kWel), sind derzeit auf dem Markt nicht verfügbar. Grundsätzlich bietet der Stirlingmotor aufgrund seiner Vielstofffähigkeit die technische Möglichkeit Holz als Brennstoff - neben der Bereitstellung von Raumwärme - auch zur Erzeugung von elektrischer Energie zu nutzen. Der Stirlingmotor ist als Trockenläufer als einzige Wärme-Kraft-Maschine von der Konzeption und Konstruktion in der Lage eine sehr hohe, weitgehend wartungsfreie Betriebszeit zu realisieren. Wechsel von Zündkerzen oder Öl/Schmierstoffen sind hier konzeptionsbedingt nicht erforderlich.
Die Kopplung eines vorhandenen und bewährten Heizkessels mit dem Stirlinggenerator ermöglicht mit einem überschaubaren technischen Aufwand die Bereitstellung eines netzgekoppelten Feststoff-BHKW in der gewünschten Leistungsgröße.
Ziel des Vorhabens ist es die neu entwickelte Stirling-Antriebsmaschine in Kombination mit dem Scheitholz-Heizkessel Agrolyth der Firma Hoval AG an einigen Standorten unter realen Betriebsbedingungen zu testen um so Langzeiterfahrungen zu gewinnen.
Die hier erzielten Betriebserfahrungen werden in die Weiterentwicklung des Moduls einfließen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Projektschritt werden die geplanten 5 Einheiten aufgebaut und getestet. Mit der Integration der Stirlinggeneratoren in die vorgesehenen Heizkesselanlagen und einem ersten Funktions- und Leistungstest beim Kesselhersteller endet die erste Projektphase.
Die zweite Projektphase beginnt mit der Lieferung und der Inbetriebnahme der Anlagen zu/bei den an der Felderprobung Beteiligten.
Projektbegleitend werden jeweils zu Beginn und nach Ablauf der Heizperioden die Anlagen inspiziert und ggf. gewartet, wobei der hier anfallende Umfang der anfallenden Arbeiten noch offen ist.
Nach Abschluss der zweiten Heizperiode und der Abschlussinspektion der Stirling-Generatoren endet der Bearbeitungszeitraum für dieses Projekt.


Ergebnisse und Diskussion

Grundsätzlich sind die erzielten Ergebnisse bei dem durchgeführten Feldversuch als positiv zu bewerten. Insbesondere die Punkte Wartung und Verschleiß zeigen, dass signifikante Wartungsarbeiten innerhalb des Versuchszeitraums nicht von Bedeutung sind.
Auch das thermisch hoch belastete Bauteil Erhitzer über den die thermische Energie in den Motor ein-getragen wird zeigt sich den Belastungen gewachsen. Die Befeuerung mit hoch aschebelasteten Brennstoffen zeigt zudem, dass die gewählte Glattrohrausführung gegenüber einer konkurrierenden Rippenrohrvariante zu bevorzugen ist, da eine Reinigung der äußeren Oberflächen von Zeit zu Zeit und abhängig vom Brennstoff notwendig ist - die Asche wäre hier mit einfachen Mitteln kaum von den Rippenrohren zu entfernen.

Hinsichtlich der Regelung und Steuerung der Gesamtanlage zeigt sich, dass die einzustellenden Parameter anlagenspezifisch sind bei der Inbetriebnahme der Anlage zu ermitteln sind. Grundsätzlich ist die In-tegration der Motorsteuerung in die Kesselsteuerung machbar.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde von dem Kooperationspartner auf mehreren Ausstellungen einem Fachpublikum vorgestellt. Weiterhin erfolgte seitens der Hovalwerk AG die Präsentation des Projektes in Verbindung mit der Vorstellung der Kesseltechnik bei diversen Universitäten und anderen Multiplikatoren.
Eine in Sulzbach laufende Anlage wird vom des vom IZES in Saarbrücken messtechnisch erfasst und on-line dokumentiert. Im Rahmen einer themenbezogenen Sendung über alternative Energie des ZDF wurde dieses Projekt am 28.04.200 (Mittagsmagazin und Drehscheibe) in einem Kurzbeitrag inklusive Video vorgestellt.
Nach Abschluss des Projektes ist ein Fachvortrag auf dem Europäischen Stirlingforum 2008 in Osnabrück geplant.


Fazit

Mit dem durchgeführten Projekt konnte gezeigt werden, dass die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer Energie und Raumwärme in kleinen holzbefeuerten Hausheizungen nicht nur möglich sondern auch gebrauchstauglich ist.
Allerdings zeigen die erhobenen Daten, dass die Abstimmung von Kessel und Stirlingmotor im Zusam-menspiel von Wärmebedarf und Systemeinbindung ein hohes Maß an Aufwand bezüglich der Systemintegration erfordert

Die mit diesem System Stückholzkessel und Stirlingmotor-Generator erzielten Erfahrungen führen auch zu dem Ergebnis, dass eine Erweiterung bezüglich des Brennstoffes und des Heizungssystems sinnvoll ist. Der Wärmebedarf von neuen kleinen Objekten ist auf einem niedrigen Level und auch die Objekte, die derzeit und zukünftig einer energietechnischen Sanierung unterzogen werden, erfordern Energieversorgungssysteme mit kleinen Leistungen. Für diese Anwendungen sollte ebenfalls eine Kraft-Wärme-Kopplung entwickelt werden, die hinsichtlich der Laufzeit und damit der Jahreserträge optimiert werden muss.