Entwicklung und Systemintegration einer Absorptionswärmepumpe zur Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades von BHKW – eQBooster
Projektdurchführung
APROVIS Energy Systems GmbH
Ornbauer Str. 10
91746 Weidenbach
Zielsetzung
Blockheizkraftwerke (BHKW) werden zur dezentralen Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt und spielen bei der Energiewende durch ihre hohe Effizienz und Flexibilität eine wichtige Rolle. Typisches Einsatzgebiet eines BHKW ist die Versorgung eines Wärmenetzes mit Wärme bei gleichzeitiger Stromerzeugung für den Eigenverbrauch und/oder die Einspeisung in das Stromnetz (Kraft-Wärme-Kopplung). Dabei gibt es aber trotz der bereits hohen Effizienz von BHKW noch weiteres unerschlossenes Potential zur wirtschaftlichen Effizienzsteigerung. Mittels einer Absorptionswärmepumpe, die durch die hochtemperierte Wärme im Abgas des BHKW angetrieben wird, können bisher ungenutzte Niedertemperatur-Wärmen des BHKW (Brennwertnutzung im Abgas sowie Niedertemperatur-Gemischkühlung) auf das nutzbare Temperaturniveau des Wärmeverbrauchers von bis zu 90 °C aufgewertet werden. Eine solche Wärmepumpe wird in dem hier vorgestellten Vorhaben entwickelt und soll anschließend aufgebaut und in einer realen Anwendung demonstriert werden. Dieses Wärmepumpensystem – im Folgenden eQBooster genannt - steigert die Heizleistung des BHKW um 20 % emissionsfrei und damit klimaneutral, ohne dabei den Stromertrag des BHKW zu schmälern – der Brennstoffnutzungsgrad steigt somit auf 100 %.
Es ist Ziel des 2-phasigen Vorhabens, mit einem marktfähigen Prototyp seine Effizienz und Praxistauglichkeit in einer realen Demonstrationsanwendung unter Beweis zu stellen. Das System ist dabei sowohl für Neuanlagen als auch als Nachrüstlösung für Bestandsanlagen geeignet.
Arbeitsschritte
Im Entwicklungsvorhaben soll der eQBooster entstehen, der an BHKW der Leistungsklasse 550 kWel eingesetzt werden kann und hier eine Steigerung der Heizleistung um ca. 157 kWth (und damit um > 20%) ermöglicht. Im Vorhaben – unterteilt in 2 Phasen - muss zunächst Entwicklungsarbeit für Softwaremodellerstellung zum Design des eQBooster, für verfahrenstechnische- und hydraulische Auslegung, für das Steuerungs- und Regelungssystem sowie für Konstruktion des eQBooster-Systems geleistet werden (Phase 1). Nach Erreichen der Projektziele in Phase 1 „Entwicklung“ und „Findung eines geeigneten Demonstrationsstandorts“ soll die reale Umsetzung in der anschließenden Phase 2 erfolgen. Es soll ein Prototyp in der realen Leistungsklasse gefertigt und schließlich in einer realen BHKW-Umgebung demonstriert und dabei ausführlich vermessen, analysiert und optimiert werden.
Ergebnisse
In dieser ersten Phase wurde der eQBooster entwickelt und es war ein wichtiges Ziel, eine Pilotinstallation für die in der Phase 2 folgenden, realen Demonstration des eQBooster zu finden. Diese konnte gefunden werden; eine entsprechende Absichtserklärung der beteiligten Partner und Bayernwerk für die Demonstration des eQBooster in einem bestehenden 550-kW-Motor-BHKW-System in Karlsfeld liegt vor. Die Entwicklungsarbeit in Phase 1 umfasste die Auslegung, Konstruktion und Planung des eQBooster für die anvisierte Leistungsklasse bzw. konkret für die gefundene Demo-Installation. Der Projektverlauf der Phase 1 war zeitlich wie inhaltlich im Soll, wobei die wichtigen Meilensteine „Findung der Pilotinstallation“ und „Bestätigung der prognostizierten Anlagen-Kennzahlen mittels einer detaillierten Modellierung/Simulation“ erfolgreich erreicht wurden. Aufgrund der detaillierten Planungsarbeiten in der ersten Phase des Projekts konnte eine erste Evaluierung der Herstellkosten des Systems durchgeführt werden. Diese Evaluierung fiel positiv aus und führte zu einer positiven Bewertung der späteren Wirtschaftlichkeit des eQBooster. Gerade im Hinblick auf aktuell stark gestiegene Energiepreise (v.a. für Heizwärme) erscheint der Einsatz einer Effizienztechnologie wie des eQBooster äußerst sinnvoll.
Fazit
Die Ergebnisse der erfolgreichen ersten Phase ermöglichen nun die nahtlose Fortführung in der zweiten Phase, in der vorgesehen ist, die Planungen in die erste Demonstrationsanlage umzusetzen, den eQBooster in Realbetrieb zu vermessen, zu analysieren und ggf. zu optimieren. Es wird in dieser Pilotanwendung das Ziel sein, die prognostizierten Effizienzsteigerungen zu demonstrieren und Praxistauglichkeit des eQBooster zu erproben.