In dem vom BMWi geförderten Verbundprojekt wird zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung ein Mikrogasturbinen-basiertes Blockheizkraftwerk (BHKW) in Verbindung mit einer Holzvergaseranlange entwickelt. Hierzu werden in einer ersten Projektphase der Holzvergaser und die Mikrogasturbine getrennt analysiert und für die anschließende Kopplung modifiziert. Die zweite Phase umfasst die reale Umsetzung an einer Demonstrationsanlage, bei der das Mikrogasturbinen-BHKW an einen bereits bestehenden atmosphärischen Festbett-Gleichstromvergaser angeschlossen wird. Ziele der Demonstrationsphase sind die experimentelle Charakterisierung des Betriebsverhaltens, die Identifizierung von Optimierungspotentialen sowie eine wirtschaftliche Betrachtung des Gesamtsystems.
Forschungsaufgaben am Institut für Verbrennungstechnik
Die Hauptaufgaben des DLR-Instituts für Verbrennungstechnik in diesem Projekt sind die numerische Anlagenauslegung sowie die Entwicklung eines neuen Brennkammersystems für die Verbrennung von Holzgas in der Mikrogasturbine. Für die Kopplung der Mikrogasturbine mit einem atmosphärischen Festbettvergaser werden Anlagenkonzepte erstellt und bewertet. Die Analyse des stationären Betriebsverhaltens der Mikrogasturbine erfolgt dabei mit dem am DLR entwickelten Simulationsprogramm für Mikrogasturbinenanlagen. Die ermittelten thermodynamischen und regelungstechnischen Prozessgrößen dienen zur Auslegung der benötigten Anlagenkomponenten und des Brennkammersystems. Zur Nutzung von Holzgas in der Mikrogasturbine wird ein neues Brennkammersystem entwickelt, welches eine effiziente und zuverlässige Verbrennung gewährleistet und dabei niedrige Schadstoffemissionen aufweist. Weiterhin übernimmt das DLR die Koordination des Gesamtprojekts.
Stand der Forschungsarbeiten
In der abgeschlossenen ersten Phase des Projekts ist das neue Holzgas-Brennkammersystem entwickelt und erfolgreich in der Mikrogasturbine im Technikum des Instituts für Verbrennungstechnik getestet worden. Es basiert auf dem Konzept der flammenlosen Oxidation (FLOX®2), das sich durch niedrige Schadstoffemissionen und eine hohe Brennstoffflexibilität auszeichnet. Mit dem am Prüfstand synthetisch gemischten Holzgas wurde ein stabiler Betrieb der Turbec T100 im Bereich von 50 – 100 kWel erreicht. Dabei erreichte die Mikrogasturbine einen maximalen elektrischen Wirkungsgrad von 31,5% (ohne Brenngaskompressor). Im Vergleich zum Hersteller-Brennkammersystem konnte der Druckverlust um ca. 1/3 gesenkt werden. Die gemessenen Schadstoffemissionen von Kohlenmonoxid, Stickoxiden und unverbrannten Kohlenwasserstoffen lagen im gesamten Betrieb deutlich unterhalb der in der TA Luft vorgegebenen Grenzwerte. Dies ermöglicht zukünftig einen emissionsarmen und lastflexiblen Betrieb der Mikrogasturbine. Nach der erfolgreichen Erprobung im Technikum steht das Holzgas-Brennkammersystem nun für den Dauerbetrieb in der zweiten Projektphase bereit. Momentan befindet sich die Demonstrationsanlage im Aufbau.
Förderkennzeichen: 03KB047A
Projektlaufzeit: 01.10.2010 – 31.10.2015
Partner: Institut für Energie und Umwelt e. V. (IUTA) Hochschule Offenburg EnBW Energie Baden-Württemberg AG
1 Zornek, T., de Graaff, M., Monz, T., Aigner, M.: Potentiale von Mikrogasturbinen bei der Kopplung mit atmosphärischen Festbettvergasern. Energetische Biomassenutzung - Neue Technologien und Konzepte für die Bioenergie der Zukunft. 2012, S. 315-325
2 FLOX® ist ein registriertes Warenzeichen der Firma WS Wärmeprozesstechnik GmbH, Renningen, Deutschland
3 Foto: DLR/FrankEppler
4 Timo Zornek, Thomas Monz, Manfred Aigner: Effizient, flexibel, sauber – Flox-Brennkammersysteme für Mikrogasturbinen, BWK, Bd. 66 (2014) Nr.9, S.13-16