Das Projekt "Dezentrale Kraft-Waermekopplung mit Biomassefeuerung und Heissluftturbinenanlage - 1. Stufe: Machbarkeitsstudie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik durchgeführt. Der Heißluftturbinenprozeß, der Gegenstand des beantragten o. g. Projektes ist, bietet die Möglichkeit, neben Wärme auch im begrenzten Umfang Strom zu erzeugen. Dies macht das Verfahren insbesondere zur Deckung des Eigenstrombedarfes wärmeenergieintensiver Verbraucher wie landwirtschaftliche Trocknung oder kleinere holzverarbeitender Betriebe interessant. Ein besondere technische Herausforderung stellt der Wärmetausch zur Erhitzung des Wärmeträgermediums, welches als Arbeitsmittel über die Heißluftturbine entspannt wird, dar. An die Effizienz des Wärmetauschers sind, der Wärmeübergang in Gase ist grundsätzlich wesentlich schlechter als der in Flüssigkeiten, hohe Anforderungen zu stellen. Hinzu kommt, dass das Rauchgas aus Biomassefeuerungsanlagen einen höheren Anteil an Partikeln und Stäuben aufweist als Rauchgas aus der Öl- oder Gasverbrennung. Im Rahmen des geplanten Vorhabens soll die Lösung dieses Problems vorgenommen werden. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie sind die folgenden Arbeitsziele vorgesehen: - Grundlagenermittlung, - Variantenentwicklung, - Entwurfsplanung. Mit diesen Arbeiten sollen auch die Grundlagen für die erfolgreiche Durchführung eines nachfolgenden FuE- bzw. Demonstrationsvorhaben gelegt werden. Im Rahmen der Entwurfsplanung sollen erste Schritte zur standortkonkreten Umsetzung des Heißluftturbinenprozesses vorgenommen werden. Wegen der dort vorhandenen Anlagen soll eine Zusammenarbeit mit der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Zentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Dornburg, stattfinden. Es wurden die Möglichkeiten und die Grenzen der Heißluftturbinentechnik aufgezeigt und theoretisch betrachtet. Die vorgestellte Variantenentwicklung konnte mit der Einbeziehung einer Verbrennungsanlage ergänzt werden. Die wichtigsten Ergebnisse des o. g. Vorhabens können allgemein folgendermaßen zusammengefasst werden: -das Heißluftturbinenprozess hat ein Potential zur Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades der KWK-Anlage bis zu 24 Prozent, dieser ist jedoch nur unter bestimmten Annahmen auszuschöpfen. Diese sind: -die Heißlufttemperatur vor der Turbine muss ca. 950 C betragen, die Abluft der Turbine muss durch eine Rückführung als Brennluft der Verbrennungsanlage genutzt werden, -der gewählte Lufterhitzer (Wärmeübertrager) muss einen geringen Widerstand aufweisen, Verschmutzungszustände sowie Wärmeverluste und derer Auswirkung auf die Wärmeübertragung müssen dabei berücksichtigt werden; -das gewählte Temperaturniveau der Luft vor der Turbine von 950 C (Annahme der Verbrennungstemperatur - 1050 C) kann mit Holzbrennstoffe realisiert werden; Die Forschungsziele 'Variantenentwicklung' und 'Entwurfsplanung', wurden nicht in allen relevanten Aspekten erarbeitet. Statt dessen wurden die systemtechnischen Untersuchungen des Heißluftturbinenprozesses sehr aufwendig durchgeführt und bewertet. Daraus ergeben sich wichtige Informationen über die energetische Potentiale der Heißluftturbine mit biomassebefeuerten Verbrennungsanlagen.
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.