Projekt 03873/01

Feldversuch eines Kleinst-BHKWs auf Basis eines Stirlingmotors

ProjekttrÀger

SOLO STIRLING GmbH
Stuttgarter Str. 41
71069 SindelfingenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei kleinen Blockheizkraftwerken unter 10 kWel können durch den Einsatz von Stirlingmotoren wirtschaftliche und umweltrelevante Vorteile erreicht werden. Die langen wartungsfreien Laufzeiten machen den wirtschaftlichen Betrieb der kleinen Module zur Erzeugung der WĂ€rme-Grundlast oft erst möglich. Durch die Anwendung moderner Brennertechnologie sind sehr geringe Schadstoffemissionen auf dem Niveau der Brennwerttechnik, also deutlich bessere Werte als bei Gas-Ottomotoren, erreichbar. Auch die gute Regelbarkeit der Stirlingmotoren ist von Vorteil. SpĂ€ter bestehen Chancen, problematische und sogar feste Brennstoffe zu nutzen. Ziel des Vorhabens war, auf Basis einer vorhandenen Motorkonstruktion mit 9 kWel/1500 min-1 entsprechende BHKW zu entwickeln und aufzubauen, im praktischen Einsatz an geeigneten Standorten mit typischen Anwendern Langzeiterfahrung zu gewinnen und diese wieder in die Konstruktion einfließen zu lassen. Dem Hersteller wie dem Anwender sollten so Grundlagen zu einer Entscheidung ĂŒber Herstellung bzw. Einsatz geschaffen werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunĂ€chst wurde ein Prototyp mit 9 kWel und 20 kWth projektiert und dann fĂŒnf weitere fĂŒr die erste Projektphase aufgebaut. FĂŒr diese erste Phase des Vorhabens wurden Ă€ltere Brenner aus einer schwedisch-amerikanischen Entwicklung eingesetzt, die Maschinen liefen im Raum Stuttgart. FĂŒr die zweite Phase wurde eine Brenner-Neuentwicklung verwendet, die Module im Gesamt-Wirkungsgrad und am GehĂ€use verbessert und an Standorten in ganz Deutschland betrieben und teils mit lokalem Personal gewartet. Eine Datenerfassung sammelte und ĂŒbertrug Messwerte per Modem. AnfĂ€nglich waren Probleme mit der Einbindung in die Heizungsanlagen zu ĂŒberwinden und Fehler an den Modulen zu beseitigen bis ĂŒberall kontinuierlicher Dauerbetrieb zu Betriebserfahrung mit Verschleißbeurteilung fĂŒhrte. An Verschleißproblemen im Motor musste konstruktiv und fertigungstechnisch intensiv gearbeitet werden, dabei konnten Fortschritte erzielt werden. Der in einem anderen DBU-Vorhaben entwickelte Brenner musste zunĂ€chst im Haus an Versuchsmaschinen erprobt werden, er wurde schließlich erfolgreich bei externen BHKW-Modulen verwendet. Die Erprobung und Verbesserung der Maschinen aus der zweiten Phase der Felderprobung lĂ€uft ĂŒber das Projekt hinaus weiter. Ergebnisse und Diskussion Es wurde ein BHKW-Modul mit erdgasbeheiztem Stirlingmotor getestet und weiterentwickelt. Die Leistung liegt - modulierend - bei 2 - 9 kWel und 8 - 24 kWth. Der elektrische Wirkungsgrad betrĂ€gt 24 %, der gesamte ĂŒber 90 %, Brennwertnutzung ist möglich. Die ZuverlĂ€ssigkeit der BHKW-Module hat ein erfreuliches Niveau erreicht, die Wartungsintervalle können 5.000 bis 8.000 Stunden Betrieb ohne Service erwarten lassen. Die Wartungskosten sind damit geringer als bei Ottomotoren. Die Schadstoffemissionen der Flox-Brenner sind deutlich geringer als bei konventionellen Motoren, hier ist das Niveau des Blauen Engels erreicht. Es ist noch mit weiteren Fortschritten zu rechnen. Die Schallemissionen sind gering. Die Wirtschaftlichkeit ist bei kleinen BHKW und niedrigen Strompreisen schwierig darstellbar, nur durch Eigenverbrauch und lange Laufzeiten sind positive Ergebnisse erreichbar, wenn nicht zusĂ€tzliche UnterstĂŒtzung greift. Das Projekt wurde im Ablauf etwa planmĂ€ĂŸig durchgefĂŒhrt, es traten jedoch Probleme auf, deren Lösung mehr Zeit als erwartet benötigte. Auch die Brennerentwicklung war schwieriger und zeitraubender als erwartet, die Ergebnisse sind jedoch zufriedenstellend. Die akkumulierten Laufzeiten dagegen sind lĂ€nger als geplant ausgefallen, etwa 90.000 Stunden gesamt. Einzelne Maschinen haben Laufzeiten von 10.000 bis 20.000 Stunden erreicht. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Das Erdgas-BHKW wurde auf der Hannover-Messe 2001 auf einem eigenen Stand in der Energie-Halle 13 gezeigt. Das Interesse war sehr groß und allgemein positiv, ein starker Trend zu biogenen Brennstoffen war erkennbar. Viele Kontakte konnten aufgenommen werden, die auch bereits zu AuftrĂ€gen gefĂŒhrt haben. In diesem Rahmen und im Anschluss wurden BeitrĂ€ge in der FAZ, Neue Energie, Sonne, Wind und WĂ€rme, Wirtschaftswoche und anderen Zeitschriften veröffentlicht. Weitere Veröffentlichungen fanden bei den EuropĂ€ischen Stirlingforen in OsnabrĂŒck 1998 und 2000 und finden im September 2001 bei der Internationalen Stirlingkonferenz - diesmal vom VDI in OsnabrĂŒck durchgefĂŒhrt - statt. Fazit Die ursprĂŒnglich formulierten Zielsetzungen des Vorhabens, anschlussfertige BHKW-Erprobungsmodule mit 9 kWel Stirlingmotoren aufzubauen, realistische Standorte dafĂŒr zu finden und vorzubereiten sowie Erfahrungen mit Installation, Betrieb und Wartung zu machen, sind erreicht worden. Es lassen sich auch Aussagen zur Betriebssicherheit und Energie- und Schadstoff-Einsparung machen. Die Wirtschaftlichkeit und das Marktrisiko sind einschĂ€tzbar. Die Abwicklung des Projektes hat lĂ€nger gedauert als geplant. Viele unvorhergesehene Schwierigkeiten waren zu ĂŒberwinden. Es steht heute ein weitgehend ausgereifter Stirlingmotor mit dazugehöriger BHKW-Peripherie zur VerfĂŒgung. Eine Vorserienfertigung dieser Maschine ist möglich und wird vorbereitet. Die Wirtschaftlichkeit von Kraft-WĂ€rme-Kopplung ist allerdings nach der Liberalisierung der StrommĂ€rkte und den gesunkenen Strompreisen nicht leicht erreichbar, das macht die Marktsituation schwierig. Dennoch ist ein hohes Interesse an dieser Technik zu spĂŒren. Solo bereitet daher mit aller Vorsicht eine MarkteinfĂŒhrung vor und wird zunĂ€chst 40 Erdgas-Vorserien-BHKW-Module bauen. Diese dienen zum Aufbau eines Vertriebs- und Service-Netzes. Die Kunden (Installationsbetriebe) erhalten Schulungen ĂŒber Installation und Betrieb und sollen sich mit den Maschinen in die Technik einarbeiten können. Gleichzeitig werden biogene Brennstoffe diskutiert, das Interesse daran hat nicht zuletzt mit den steigenden Preisen fossiler EnergietrĂ€ger deutlich zugenommen. FĂŒr eine dezentrale Stromerzeugung aus fester Biomasse steht bei Leistungen unter rund 500 kWel keine Technik zur VerfĂŒgung, hier könnte der Stirlingmotor eine Nische besetzten.

Übersicht

Telefon

07031/301-216

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Bundesland

Baden-WĂŒrttemberg

Fördersumme

577.296,08 €

Förderzeitraum

02.12.1993 - 12.09.2001