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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.

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1 Erfahrungsbericht über ein Holzpellet-Stirling-BHKW der Fa. Sunmachine (Entwicklungsstand 2006) zum Klein-KWK-Forum Nordhessen 14. Mai 2008 in Allendorf (Eder) Reinhard Kuhaupt

2 Gliederung Persönliche Vorstellung Projektrahmen (Gebäude, Heizung, EnEV) Sunmachine-Stirling-Konzept Sunmachine 2006 im Betrieb Betriebserfahrungen, Probleme Neue Sunmachine Pellet 2008 EEG und Wirtschaftlichkeit

3 Eigene „Projekte“

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6 Biogaserzeugung und -einspeisung Hardegsen - Gesamtkonzept Aufmethanisierung Benutzungsdauer: h/a m 3 /h (bis zu m 3 /h) 250 m 3 /h kW 500 kW kW CO 2 inkl. Methanverlust 550 m 3 /h (bis zu 630 m³/h) Bioerdgas kW Erdgas insgesamt 47 Mio. kWh/a 470 m 3 /h BHKW vor Ort  el =39%  th =39% Elektrische Leistung 500 kW für Fermenterbeheizung Biogaserzeuger E.ON Mitte Erdgasleitung Ankauf von Roh-Biogas jeweils EEG-Vergütung für Elektr. Energie, Verkauf von Wärme z. B. 10 Module à 340 kW el und 480 kW w,ca h/a an unterschiedlichen Wärme-Standorten 50 % CH 4 BHKW Anbaufläche ca. 800 bis ha ggf. E.ON Mitte Input t/a: z. B. 90% Mais, 10% Gülle Gärrest t/a Biogasaufbereitung

7 Das Gebäude, der Projektstandort

8 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 er Mauerwerk Thermopenverglasung Keine Dachdämmung Ölheizung 38 kW

9 Gebäudeenergiepass

10 Vorstellung Prinzip „SUNMACHINE“ Brenner „SUNMACHINE“ Stirling-Prozess Stirling-Motor Übersicht „SUNMACHINE“ Ansichten „SUNMACHINE“ Technische Daten „SUNMACHINE“ Kostenvergleich „SUNMACHINE“ Impressionen „SUNMACHINE“ Schlusswort Gesamtsystem Sunmachine

11 Stirling außen liegende, kontinuiertiche Verbrennung keinen Explosionsdruck, nur Ausdehnung keine Zündkerzen keine Ventile keine Steuerkette kein Ölbad wartungsfreier Betrieb laut Simulation 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

12 Expansions- kolbendom Expansions- kolben Laufbuchse Kompressions- kolben Pleuel Kühler Pleuel- lager Kurbel- welle Erhitzerröhrchen Stickstoffgefüllt 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

13 Datenblatt Sunmachine - Pellet Brennereinheit Brennstoff: Holzpellets, mindestens DIN plus Leistung kW: 7,5 – 14,9 Inspektion: 1 x jährlich Reinigung: nach Anforderung Steuereinheit Bedienung: graphisches Touchdisplay Schnittstelle RS 232:für Modem bzw. PC Optional:3 Heizkreise und ein Warmwasserbereiter ansteuerbar, Ladeoption für zusätzlichen Pufferspeicher, Schaltausgang für Spitzenlastanforderung Zuführung Pellet – Vorratbehälter Fassungsvermögen:80 Liter Pelletzuführung:mittels Vakuumförderung zur Sunmachine vom Vorratraum (Sacksilo oder Erdtank) Abgas Abgasführung nach Anforderung bei Feststoffkessel Kondensat <1l/h Stirlingmotor Zylinderanzahl: 1 Hubraum: 520 ccm Drehzahlbereich: U/min Arbeitsgas: Stickstoff mit 33 bar Wechselrichter Netzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 Hz Eingangsspannung: Volt Netzüberwachung: 3 Phasen BHKW Netzeinspeiseleistung: 1,5 – 3 kW Thermische Leistung: 4,5 – 10,5 kW Wirkungsgrad elektrisch: 20 – 25 % Gesamtwirkungsgrad: ca. 90 % Vorlauftemperatur: ° C Rücklauftemperatur,max. 60° C Optimal: 30° C Schallemissionen: ca. 49 dB Gewicht: (ohne Verkl.) ca. 410 kg Maße LXBXH in mm: 1160x760x1590 Technische Daten SM - Pellet

14 Die Erstinbetriebnahme

15 Betrieb mit Kabine

16 Probleme beim Stirlingmotor und deren Beseitigung Gedrosselt auf 1,5 kW (mittlerweile 3 kW el erreicht) Druckverlust Stickstoff von 27 auf 22 bar innerhalb von 3 Monaten

17 Glutsensor Kontrollglas 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

18 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 vergleichsweise aufwendig (jetzt 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

19 Brennerfunktion, Startvorgang Pelletzuführung 420 – 480 °C Motorstart 670 – 700°C

20 Pelletnachschub

21 Elektroschema Sunmachine

22 Wechselrichter und BHKW-Regelung Netzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 Hz Nennleistung: Nennleistung: 3 kW Spitzenleistung: Spitzenleistung: 3,3 kW Eingangsspannung: Eingangsspannung: Volt Wirkungsgrad: Wirkungsgrad: max. 95,7 % Netzüberwachung: Netzüberwachung: 3 Phasen Wechselrichtertechnik

23 Probleme bei der BHKW-Regelung und deren Beseitigung Drehzahlregelung der Pumpen nicht realisiert (Gleichstrompumpen Fabrikat Laing) Wärmemanagement durch Aufschaltung der Speicher und Heizkreise nicht realisiert

24 Hydraulikschema Sunmachine

25 Erreichte Ziele zum Markteintritt 2008 Einhaltung der technischen Daten (3 kW elektrische Leistung bei 7 bis 10 kW thermischer Leistung) Leistung bei 7 bis 10 kW thermischer Leistung) Reduzierung der elektrischen Vorheizzeit unter 5 min. Verringerung der Brennerverschmutzung durch Absenkung der Rosttemperatur um 400 K Absenkung der Rosttemperatur um 400 K Automatische Rostreinigung, dadurch Brennerwartung nur einmal jährlich erforderlich nur einmal jährlich erforderlich Heizungsmodul übernimmt alle Regelungs- funktionen bis in die Heizkreise hinein Markteinführungstand 2008

26 Ansätze zur Wirtschaftlichkeit Pelletbedarf bei 3 kW el 7 kW th lt. Hersteller 2,25 kg/Bh „normale“ Pellets NaWaRo-Pellets 200 €/t 240 €/t Pelletpreis [€/t] entspricht: 4 ct/kWh 4,8 ct/kWh Einspeisevergütung 16,67 ct/kWh 22,67 ct/kWh Brennstoffkosten je Bh: 45 ct 54 ct Einspeisevergütung je Bh: 50 ct 68 ct ______________________________________________ Überschuss je Bh: 5 ct 14 ct Finanzierung der Investition von bis € netto „Kesselgutschrift“ von €

27 Vision zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit

28 Zum guten Schluß: Dank an das Hessische Wirtschaftsministerium, 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 !

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30 Generator Synchrongenerator keine Wellendurchführung alle Teile auf einer Welle Generator ist im Druckbereich integriert d.h. komplett druckdicht nach außen Außenläufer vom Generator = Schwungrad Generator = Anlasser beim Start Vorstellung Prinzip „SUNMACHINE“ Brenner „SUNMACHINE“ Stirling-Prozess Stirling-Motor Übersicht „SUNMACHINE“ Ansichten „SUNMACHINE“ Technische Daten „SUNMACHINE“ Kostenvergleich „SUNMACHINE“ Impressionen „SUNMACHINE“ Schlusswort Übersicht Generator

31 Kurbel- welle Pleuel Schwungrad+Außenläufer Synchrongenerator Expansions- kolben Kompressions- kolben Kurbel- wellenlager Wicklung+Stator Synchrongenerator Vorstellung Prinzip „SUNMACHINE“ Brenner „SUNMACHINE“ Stirling-Prozess Stirling-Motor Übersicht „SUNMACHINE“ Ansichten „SUNMACHINE“ Technische Daten „SUNMACHINE“ Kostenvergleich „SUNMACHINE“ Impressionen „SUNMACHINE“ Schlusswort

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