Wrme und Strom aus BiomasseDaniel Hegele, Dipl. Ing. (FH) / Hoval AG, Vaduz (Liechtenstein)

Einbindung von Stirling-Motoren in Stckholz- und Pelletskessel

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Inhalt

Einbindung von Stirling-Motoren in Stckholz- und Pelletskessel

Die Firma Hoval Idee / Vorversuche Projekt 1:

Stirling und Stckholzkessel Projekt 2:

Stirling und Pelletskessel Aktueller Projektstatus und

Ausblick

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Hoval - Gruppe

Heiztechnik- und Klimatechnik-Hersteller

Zentraler Sitz in Vaduz (Liechtenstein) Hauptmrkte: CH und AT Weitere Niederlassungen: DE, IT, UK Weltweiter Vertrieb ber Exportabteilung Ca. 1500 Mitarbeiter

Aus Erfahrung aus den Alpen!

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Stammhaus Vaduz (Liechtenstein)

Zentraler Sitz der Hoval Gruppe mit:

Gruppenleitung Forschung & Entwicklung Produktionsstandort (einer von fnf) Marketing Zentrale Logistik Zentrales Ersatzteil-Lager

Aus Erfahrung aus den Alpen!

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Geschftsfelder

Heiztechnik Klimatechnik

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Hoval KlimatechnikSysteme fr Hallenklimatisierung

Dezentrale Lsungen zum Lften, Heizen und Khlen

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TopVent Umluftgert zum Heizen und KhlenTopVent gasUmluft- und Zuluftgerte zum Heizen

RoofVent Be- und Entlftungsgert mit Energie-rckgewinnung zum Heizen und Khlen

AdiaVentUmluftgert zum Khlen

Hoval Klimatechnik Kontrollierte Wohnraumlftung

Gesundes Wohnraumklima mit Wrme- und Feuchterckgewinnung

HomeVent RS-180 / RS-250 / RS-500 fr Wohnungen / Einfamilienhuser /

Geschftsrume

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Hoval Heiztechnik

Systeme fr Solarenergie, Wrmepumpen, Biomasse, l und Gasfr EFH und Grossanlagen; 10 bis 3000 kW

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BelariaThermalia

UltraGasTopGas

MultiJetUltraOil

BioLytAgroLyt

Solarsysteme

Hoval Heiztechnik

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BelariaThermalia

UltraGasTopGas

MultiJetUltraOil

BioLytAgroLyt

Solarsysteme

Idee

dezentrale, CO2-neutrale Stromerzeugung aus Holz

hochwertige elektrische Energie alsAbfallprodukt der Wrmeerzeugung

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Mglichkeiten fr die Holzverstromung

- Holz vergasen => Gas-Motor

- Holz verbrennen => Dampf-Motor / -Turbine

- Holz verbrennen => Stirling-Motor

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Funktionsprinzip Stirling-Motor

Funktionsprinzip

Das grundstzliche Prinzip eines Stirling-Motors besteht darin, dass die Wrmeenergie von aussen zugefhrt wird.

Die Wrme, welche von aussen zugefhrt wird, erhitzt ein Arbeitsgas, welches sich in Folge ausdehnt und ber einen Kolben mit Kurbelwelle eine Drehbewegung erzeugt. Hiermit wird dann in der Regel ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben.

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Funktionsprinzip

Durch einen entsprechenden mechanischen Aufbau des Motors strmt das erhitzte Gas danach in eine khle Zone, wo es sich beim Abkhlen wieder zusammenzieht, um fr eine erneute Wrmeaufnahme bereit zu sein.

Durch dieses Prinzip der usseren Wrmezufuhr ist der Stirling-Motor fr den Betrieb mit Festbrennstoffen - wie z.B. Holz - geradezu prdestiniert.

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Prinzipieller Aufbau

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Verdrngerkolben

Regenerator

Arbeitskolben

Khler

2 Kurbelzapfen90 phasenverschoben

Erhitzerkopf

Prinzipieller Ablauf

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Isotherme Kompression

IsochoreErwrmung

Isotherme Expansion

IsochoreAbkhlung

Stirling und Stckholzkessel

Einbau beim Stckholzkessel

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Flammenumkehr bei ca. 800 C

Vorversuche bei Hoval Teil 1

Technische Daten der Testanlage 1:

Kessel Holzvergaser Hoval PuroLyt (45) Thermische Leistung 2045 kW

Stirling-Motor / Generator Einheit Beta-Maschine , Dr. Kammerich (D) Asynchron-Generator, elektr. Leistung 1 kW Netzparallelbetrieb (Einspeisung)

Test-Zeitraum Mai bis November 2001 Betriebsstunden: ca. 1300 h

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Einbau

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Einbau

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Vorversuche bei Hoval Teil 2

Technische Daten der Testanlage 2:

Kessel Holzvergaser Hoval AgroLyt (35) lambda Thermische Leistung 1836 kW

Stirling-Motor / Generator Einheit Beta-Maschine , Dr. Kammerich (D) Asynchron-Generator, elektr. Leistung 1 kW Netzparallelbetrieb (Einspeisung)

Test-Zeitraum April bis November 2003 Betriebsstunden: ca. 1200 h

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Zusammenhang Messwerte:Elektr. Leistung Erhitzerkopf-Temperatur

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AgroLytStirling Messwerte ber einen Zeitraum von 6 Stunden

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8

Messpunkte

P el

ektr

. [W

]/T E

rhitz

erko

pf [

C]

P el. [W] T E-Kopf [C]

Vorversuche Zusammenfassung

Nach den ersten 1300 h wurde der Stirling-Motor kpl. zerlegt und von Motoren-Spezialisten auf Verschleiss untersucht. Das Ergebnis war sehr ermutigend es war keine Abnutzung sichtbar. Ohne irgendwelche Teile zu tauschen, wurde der Motor wieder zusammengebaut und erneut tagtglich fr weitere 1200 h befeuert.

Insgesamt wurde der Motor von Mai 2001 bis November 2003 im Alltagsbetrieb ber ca. 2500 Betriebsstunden gefahren.

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Hoval Stirling-Motor, 1. Generation

Projektverlauf 2004 / 2005

2004: Entscheid, Projekt weiterzufhren 7 Stck neue Stirling-Motoren wurden

daraufhin produziert (2. Generation) Einsatz dieser Maschinen auf realen

AgroLyt- Anlagen ab Sommer 2005 (Feldtest)

Test der verschiedenen hydraulischen Einbindungsmglichkeiten

Test von Notkhlung und Notabschaltung Optimierung der Kesselregelung auf die

motorspezifischen Anforderungen

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Hoval Stirling-Motor, 2. Generation

Projektbeispiel Poschiavo (CH)

Inselanlage ohne Anschluss ans ffentliche Stromnetz

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Ausgangslage: System vorher

vorher: Photovoltaik-Anlage plus Notstromaggregat

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450 Watt peak

24 V Batterie-Block

Notstromaggregat

System neu

neu: Stromversorgung im Winter durch AgroLyt mit Stirling

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450 Watt peak

24 V Batterie-Block1 kW

Projektbeispiel Harpstedt (DE)

AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)

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Projektbeispiel Sulzbach (DE) 1

AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)

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Projektbeispiel Sulzbach (DE) 2

AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)

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Weitere Feldtest-Standorte in DE

Weinstadt (Stuttgart)

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Stockach (Bodensee)

Hoval Stirling-Motor, 2. Generation

Projektverlauf 2004 / 2005

2004: Entscheid, Projekt weiterzufhren 7 Stck neue Stirling-Motoren wurden

daraufhin produziert (2. Generation) Einsatz dieser Maschinen auf realen

AgroLyt- Anlagen ab Sommer 2005 (Feldtest)

Test der verschiedenen hydraulischen Einbindungsmglichkeiten

Test von Notkhlung und Notabschaltung Optimierung der Kesselregelung auf die

motorspezifischen Anforderungen

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Hoval Stirling-Motor, 2. Generation

Motorkhlung: Konzept ideale hydraulische Einbindung

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Wichtig: Mglichst hoheTemperaturdifferenzim Stirling-Prozess

Motorkhlung 1:Reale hydraulische Einbindung (Beispiel 1: Sulzbach)

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Motorkhlung 2:Reale hydraulische Einbindung (Beispiel 2: Stockach)

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Projektverlauf 2006 - 2008

Begleitung und Auswertung des Feldtests

Optimierung des Gesamtsystems Monitoring-Projekt mit IZES,

Saarbrcken / FNR

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