Das Projekt "Entwicklung einer neuen Low-Dust Biomassefeuerungstechnologie im Nennleistungsbereich von 10 bis 25 kW für den Brennstoff Weichholzpellets" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Viessmann Werke GmbH & Co. KG durchgeführt. Übergeordnete Zielsetzung des Projektes ist es, eine neue Low-Dust Biomasse-Kleinfeuerung für den Brennstoff Weichholzpellets im Kesselnennleistungsbereich von 10 bis 25 kW zu entwickeln. Es sollen dabei Primärmaßnahmen zur Reduktion der Feinstaubemissionen entwickelt, geprüft und in das Gesamtkonzept integriert, sowie Prototypen der neuen Technologie entwickelt, gebaut und getestet werden. Der Arbeitsplan enthält folgende Schwerpunkte: Erarbeitung und Abstimmung des Basiskonzeptes sowie einer Basisgeometrie für die Feuerung; CFD-Simulation der Basisgeometrie sowie CFD-gestützte Optimierung; Bau eines Prototypen; Regelungsentwicklung; Test des Prototypen; Auswertung der Testläufe sowie Nachsimulation mittels CFD und darauf aufbauend Erarbeitung von Optimierungsmaßnahmen; Bau eines optimierten Prototypen; Test des optimierten Prototypen; Endauswertung und Kleinserienstart Die neuentwickelte Low-Dust Biomasse-Kleinfeuerungstechnologie, die sich von Konkurrenzprodukten durch deutlich reduzierte Feinstaubemissionen abhebt, soll in den Markt eingeführt werden. Die Ergebnisse der durchgeführten F+E-Arbeiten sollen in Fachzeitschriften und auf einschlägigen Konferenzen publiziert werden.
Das Projekt "Biomassefeuerung mit Rauchgaskondensation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Landesamt für Umweltschutz durchgeführt. Ermittlung der Emissionssituation vor und nach einer Rauchgaskondensation bei einer mit naturbelassenem Holz befeuerten Biomassefeuerung. Darueber hinaus werden Untersuchungen in Brennstoff, Asche und Kondensatschlamm durchgefuehrt.
Das Projekt "Korrelation der Filter-Reaktor-Architektur mit thermophysikalischen Funktionsbedingungen zur Erforschung und Entwicklung eines nicht-katalytischen 3D-porösen Filter-Reaktorsystems für biomassebetriebene Kleinfeuerungsanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP Abteilung Energiesysteme durchgeführt.
Das Projekt "Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Abscheideleistung und Partikeleigenschaften bei Elektroabscheidern für kleine Biomassefeuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PlasmaAir AG durchgeführt.
Das Projekt "Biomasse-Stirlingkleinkraftwerk zur dezentralen Strom- und Waermeerzeugung - Phase II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Joanneum Research Forschungsgesellschaft, Institut für Energieforschung durchgeführt. Die Ziele des gegenstaendlichen Projektes Stirling-Heizkraftwerk , Phase II, waren die Konstruktion, der Bau und der Test eines Stirlingmotors (siehe Abbildung I, Seite VI) fuer den Einsatz bei Biomassefeuerungen zur Stromerzeugung. Die Bauart nach dem a-Typ-Stirlingmotor wurde gewaehlt, weil damit fuer kostenbestimmende Teile des Motors Serienprodukte verwendet werden konnten. Diese Grundidee kann auch im groesseren Leistungsbereich, in dem Anwendungen am wahrscheinlichsten erscheinen, realisiert werden. Fuer den Versuchsmotor wurde ein KFZ-Kurbelgehaeuse mit Kurbeltrieb ausgewaehlt. Die spezifische Stirlingmotorkomponenten, d. s. der Erhitzer, der Motorkuehler, der Regenerator, die Zylinder, die Kolben mit den Kolbendichtungen und die Kolbenstangen sowie die wassergekuehlten Stangendichtungen wurden neu entwickelt. Der Versuchsmotor wurde in eine vorhandene Holzhackgutfeuerung mit einer Brennstoffwaermeleistung von ca. 50 kW integriert. Eine automatische Messwerterfassungsanlage ermoeglichte die Aufzeichnung von Datenreihen zur Analyse des Stirlingprozesses. Der Stirlingmotor sollte bei 1.500 Upm und 40 bar Ladedruck mit dem Arbeitsgas Luft (Stickstoff) ca. 4 kW bei einem Wirkungsgrad von 21 Prozent erreichen. Bei 21 bar Ladedruck und 600 Upm wurden 2,6 kW Wellenleistung bei einem Wirkungsgrad von 23 Prozent festgestellt. Als maximale Wellenleistung wurde innerhalb der Projektlaufzeit 2,9 kW bei 28 bar Ladedruck gemessen. Bezogen auf das Hubvolumen des Arbeitskolbens bedeutet das eine spezifische Stirlingmotorleistung von 3,45 kW/liter. Durch Steigerung des Ladedruckes bis zum Auslegungspunkt (40 bar) koennten ca. 3,5 kW Wellenleistung (spezifische Stirlingmotorleistung von 4,2 kW/liter) erreicht werden. Innerhalb der Projektlaufzeit war der Stirlingmotor insgesamt ca. 100 Stunden in Betrieb. Der Bau einer 30 kW Stirlingmaschine ist in Vorbereitung. Der Einbau in einem Heizwerk ist geplant.
Das Projekt "Entwicklung einer Biomasse-KWK auf Basis eines 4-Zylinder Stirlingmotors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik durchgeführt. Im Rahmen vorangegangener Projekte wurde eine Biomasse-KWK auf Basis eines 4 Zylinder Stirlingmotors entwickelt. Dieses Basiskonzept soll nun weiterentwickelt und optimiert werden. Das Ziel des Projektes ist es, noch bestehende Probleme zu lösen und so einen sicheren und störfallarmen Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Des weiteren soll durch entsprechende Weiterentwicklung der einzelnen Komponenten der elektrische Wirkungsgrad der KWK von der derzeit 10 - 13Prozent auf 15 - 20Prozent angehoben werden. Dazu sollen in erster Linie das Feuerungskonzept selbst auf den Einsatz eines Stirlingmotors hin optimiert, einzelne Komponenten des Stirlingmotors weiterentwickelt sowie, eine auf diese Kombination abgestimmte, Regelung entwickelt werden. Ziel des Projektes ist es, die Biomasse-KWK auf Basis eines Stirlingmotors ausgehend vom bestehenden 30 kWel Stirlingmotor in Richtung von Stirlingmotoren für mittelgroße Biomassefeuerungsanlagen im Leistungsbereich bis zu ca. 100 kWel (entspricht einer Brennstoffwärmeleistung von ca. 650 kW) weiter zu entwickeln.
Das Projekt "Entwicklung eines Wärmetauschers für Biomassefeuerungsanlagen zur kombinierten Wärmeübertragung und Aerosolabscheidung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik durchgeführt. Aus wissenschaftlichen Untersuchungen der Aerosolbildung in Biomassefeuerungsanlagen ist bekannt, dass ein Teil der im Kessel gebildeten Aerosole sich durch Wandkondensation direkt an den Wärmetauscheroberflächen ablagert. Dieser Effekt der direkten Wandkondensation soll im Rahmen des Projektes so genutzt werden, dass gezielt in einem eigens dafür vorgesehenen Teil des Wärmetauschers verstärkt aerosolbildende Dämpfe an den Wänden kondensiert bzw. in Wandnähe gebildet und dann an den Wänden abgeschieden werden, um dadurch die Aerosolemissionen der Feuerung zu reduzieren. Das übergeordnete Ziel ist es, Wärmetauscher auszulegen und zu konstruieren, die durch Wandkondensation in den dafür vorgesehenen Zonen die Aerosolemissionen der Gesamtanlage so weit reduzieren, dass bei Einsatz chemisch unbehandelter Biomasse die Emissionen an Aerosolen gesichert unter 50 mg/Nm3 gesenkt werden können.
Das Projekt "Regelungs- und Optimierungssystem für den energieeffizienten Betrieb von Fernwärmenetzen an Biomasseanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Mechanik und Mechatronik (E325) durchgeführt. Der Betrieb von kleinen und mittleren dezentralen Biomasse-Kraftwerken (Heizwerke und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) ist aufgrund des starken Wettbewerbs bei den Anlagenbau-Unternehmen und unzureichenden Ausschreibungen in Hinblick auf Anlageneffizienz, Wir-kungsgrade und zulässigen Brennstoffbandbreiten durch einen niedrigen Automatisierungs-grad, hohe Verluste bei der Verbrennung von Biomasse und ineffizienten Betrieb der Fern-wärmenetze gekennzeichnet. Kleine und mittlere Energieversorgungsanlagen werden meist mit stark vereinfachen Regelkonzepten vom Anlagenlieferanten ausgerüstet. Das macht zwar die Anschaffung und die Errichtung der Anlagen kostengünstiger, den laufenden Be-trieb jedoch teuer und ineffizient. Den Betreibern fehlt es meist an Know-how zur durchgän-gigen ökonomischen, ökologischen und regelungstechnischen Optimierung von Kraftwerk und Energieverteilungsnetzen. BioNetControl-System ist ein Set an voll-integrierbaren Tools zur Optimierung der Energie-Effizienz, der Regelperformance und der Intelligenz von dezentralen Fernwärme-Netzen an Biomassekraftwerken. Aus den Prozessdaten zweier Pilotanlagen eines österreichischen Energieversorgungsunternehmens wird ein universell einsetzbarer Baukasten zur dynami-schen Modellierung, Regelung und Optimierung von Fernwärmenetzen und Biomassekraft-werken entwickelt. Das Ziel der möglichst breiten Einsetzbarkeit dieser Tools wird durch ei-nen modularen Aufbau und strukturierte Gestaltung der dynamischen Modelle und Regel-konzepte erreicht. Damit können sowohl bestehende Anlagen nachgerüstet werden und Neuanlagen bereits in der Planungsphase entsprechend optimal ausgelegt und regelungs-technisch ausgerüstet werden. Durch die Arbeit mit zwei Pilotanlagen in unterschiedlichen Regionen mit unterschiedlichem Verbraucher- bzw. Lastprofilen und Anlagengrößen wird die Allgemeingültigkeit des Systems überprüft und sicher gestellt. Durch die interdisziplinäre Zusammensetzung des Konsortiums-Know-hows aus Verfahrens-technik, Systemintegration (Leittechnik) und theoretischer Systemanalyse sowie Prozessre-geltechnik können äußerst praxis-relevante Ergebnisse und Erkenntnisse erzielt werden. Die Erkenntnisse aus der Systemintegration der Optimierungs- und Regelalgorithmen in die Au-tomatisierung der Anlagen erlauben eine deutliche Steigerung der Effizienz von Fernwärme-netzen an Biomasseanlagen bei unterschiedlichen Verbraucher-Lastprofilen. Der Know-How Transfer von der TU-Wien zu einem innovativen, österreichischem Kleinun-ternehmen mit besten internationalen Kundenkontakten zur vielen Biomasseanlagenbetrei-bern und zu den größten industriellen Energieverbrauchern aus Papier- und Holzindustrie si-chert zahlreiche Umsetzungschancen mit massiven Auswirkungen auf die Effizienz von Energieerzeugungs- und Verteilungssystemen.
Das Projekt "CFD-Simulation von Wärmetauschern, Modellierung der Bildung von Aschedepositionen sowie Untersuchungen von Verschlackung und Korrosion in Biomassefeuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik durchgeführt. Die Auswirkungen von Verschlackungen auf die Verfügbarkeit und die Instandhaltungskosten von Feuerungsanlagen können sehr negativ sein. Ziel dieses Projektes ist es, das grundsätzliche Verständnis für die maßgeblichen Mechanismen, die zu Aschenschmelze und Depositionsbildung führen, zu verbessern. Am Ende des Projektes sollen entsprechende Auslegungs- und Prognosetools für Biomasse-befeuerte Feuerungen und Kessel zur Verfügung stehen. Als Basis soll ein CFD-Modell zur Simulation und Optimierung von Rohrbündelwärmetauschern (konvektiver Teil des Kessels) weiterentwickelt werden. Dieses Modell soll in weiterer Folge mit thermodynamischen Gleichgewichtsberechnungen kombiniert und in ein Modell implementiert werden, mit dem die Bildung von Depositionen an Feuerungs- und ebenen Kesselwänden sowie Oberflächen von Rohrbündelwärmetauschern vorhergesagt werden kann. Damit soll, unterstützt durch Testläufe, das Schmelzverhalten (Verschlackung) von Aschen im Feuerraum und im Kesselbereich genauer untersucht werden. Des weiteren wird anhand ausgewählter Fallbeispiele Korrosion in Wärmetauschern experimentell untersucht. Die Arbeiten im Rahmen dieses Projektes erfolgen primär in Form von Simulationen, die mit Messdaten validiert werden.
Das Projekt "Waerme-Kraft-Kopplung mit Heissluftturbinenanlagen an Biomassefeuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Joanneum Research Forschungsgesellschaft, Institut für Energieforschung durchgeführt. Seit der Errichtung von Biomassefeuerungen zur Waermeversorgung im Leistungsbereich unter 10 MWth wird auch die Stromerzeugung aus Biomasse theoretisch und praktisch untersucht. Neben Dampfkraftanlagen und Stirlingmotoreinheiten wurde auch das Heissluftturbinenprinzip mit indirekter Lufterhitzung ueber einen Waermetau-scher mehrfach als Moeglichkeit genannt. Wesentliche Komponenten einer solchen Stromerzeugungsanlage sind seriengefertigte Abgasturbolader von Dieselmotoren und ein an die Biomassefeuerung angepasster Waermetauscher zur Lufterhitzung. Die gegenstaendlichen Projektarbeiten verfolgten das Ziel, Technik und Wirtschaftlichkeit dieser Anlagenvariante theoretisch und praktisch zu bewerten. Mit Unterstuetzung des Abgasturboladerherstellers Kuehnle, Kopp & Kausch (KKK), Frankenthal, Deutschland, wurde ein fuer diesen Einsatz besonders geeigneter Abgasturbolader aus der Vielzahl der Produkte ausgewaehlt. Simulationsrechnungen, bei denen die realen Daten des Abgasturboladers verwendet wurden, ergaben fuer eine Vielzahl von Betriebszustaenden praxisbezogene Leistungsdaten einer Heissluftturbinenanlage. Die Rechenergebnisse wurden durch einen Praxistest ueberprueft. Dazu wurde an einer bestehenden 250-kWth-Biomassefeuerung eine Heissluftturbinentestanlage mit indirekter Lufterhitzung und dem ausgewaehlten KKK-Abgasturbolader errichtet und in Betrieb genommen. Die Ergebnisse der theoretischen und praktischen Untersu-chungen zeigten, dass der Einsatz von Heissluftturbinenanlagen an Biomassefeuer-ungen im kleinen Leistungsbereich wegen des niedrigen Wirkungsgrades der Krafterzeugung mit Abgasturboladern und Nutzturbinen und wegen verschiedener materialtechnischer Probleme nicht empfohlen werden kann. Beim Test wurden auch die hohe thermische Belastung des Lufterhitzerwaermetauschers und der hohe Aufwand beim Start der Anlage offenkundig. Die Ergebnisse der gegenstaendlichen Arbeit zeigten weiters, dass die Kosten fuer elektrischen Strom aus Biomasse, erzeugt mit kleinen Heissluftturbinenanlagen, vor allem wegen des niedrigen Wirkungsgrades ueber 8 oeS/kWh liegen wuerden. Fuer die genannten Zielmaerkte, d. s. die vorhandenen Biomasse-Heizwerke mit durchschnittlichen Leistungen von 2 MWth, sowie fuer verschiedene gewerbliche und industrielle Anwendungen (durchschnittlich 1 MWth), kann somit die Weiterentwicklung von Heissluftturbinenanlagen nicht empfohlen werden. Groessere Anlagen ueber 200 kWel (Brennstoffeinsatz ca. 10 bis 20 MWth) koennten wegen der hoeheren Verdichter- und Turbinenwirkungsgrade guenstiger sein.
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