TGA Energietechnik

TGA Ausgabe 09-2017
Kraft-Wärme-Kopplung

Biogas-BHKW: Mehr Strom mit Reformer

1 Biogasanlagen werden zumeist dezentral errichtet, um die Transportwege der Substrate zu optimieren. Eine bessere Nutzung der Abwärme aus der Verstromung des Biogases soll die Reformgasmotortechnologie bringen.

1  Biogasanlagen werden zumeist dezentral errichtet, um die Transportwege der Substrate zu optimieren. Eine bessere Nutzung der Abwärme aus der Verstromung des Biogases soll die Reformgasmotortechnologie bringen.

Mehr Strom aus der gleichen Menge Biogas: Ein Forschungsprojekt will dies mit einem Reformer erreichen, der überschüssige Wärme aus dem Motorbetrieb im Brenngas chemisch bindet.

Kompakt informieren

Ein Forschungsprojekt will die bereits mit Erdgas erfolgreich getestete Reformgasmotortechnologie für Biogas-BHKW nutzbar machen.

In der Reformereinheit wird ein Teil des Biogases mit Abwärme aus dem Motorbetrieb zusammengeführt und dadurch ein Brenngas mit höherem Energiegehalt erzeugt.

Das so erzeugte Synthesegas wird mit Biogas gemischt und bewirkt eine höhere Ausbeute an mechanischer Leistung und an elektrischem Strom.

Das Konzept ist im Prinzip einfach und tausendfach erprobt: Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Motoren, die für Biogas geeignet sind, wandeln regenerativ erzeugtes Biogas in Strom und Wärme, die in Strom- bzw. Nahwärmenetze eingespeist werden können.

Die Herausforderung: Die Nutzung der Wärme ist oft ein den Betrieb und die Auslegung limitierender bzw. die Wirtschaftlichkeit beeinflussender Faktor. Oft wird die Wärme zeitweise in die Umgebung abgegeben, um den Betrieb der Biogasanlage fortzuführen. Ein Forschungsprojekt strebt nun die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads von Biogas-BHKW an.

Abwärme wird chemisch zurückgeführt

Das Konzept sieht vor, dass in das BHKW eine Reformereinheit integriert und mit dem Gasmotor gekoppelt wird. Überschüssige Wärme aus dem Gasmotor, die oft ungenutzt in die Umgebung abgeführt wird, wird zusammen mit einem Teil des Biogases durch die Reformereinheit geleitet. Dabei entsteht ein wasserstoffhaltiges Brenngas, das einen höheren Energiegehalt (Heizwert) als Biogas hat, denn die überschüssige Wärme wird teilweise im Brenngas chemisch gebunden.

Das so erzeugte Synthesegas wird anschließend mit dem Biogas gemischt und dann dem Motor zugeführt. Dies ermöglicht eine höhere Ausbeute an mechanischer Leistung und an elektrischem Strom. Die Rückgewinnung der Wärmeenergie führt so zu einem höheren elektrischen Wirkungsgrad des Systems. Beispielsweise kann mit einer Heizwertsteigerung um 7,5 % der effektive mechanische Wirkungsgrad des Systems von 40 auf 43 % angehoben werden.

Übertragung von Erd- auf Biogas

In einem Vorläuferprojekt wurde die Steigerung des elektrischen Systemwirkungsgrads durch die Integration der Reformereinheit erfolgreich demonstriert. Als Brennstoff wurde hier Erdgas verwendet. Die Kopplung von Motor und Reformer soll nun für die Biogasanwendung weiterentwickelt werden. Im Projektverlauf sind aber motorseitig das Saugrohrkonzept, die Gemischbildung und die Verbrennung zu überarbeiten. Als weitere technische Neuerung wird die rußfreie Reformierung von Kohlenstoffdioxid angestrebt.

Eine relative Steigerung des Wirkungsgrads um 10 % gegenüber dem konventionellen Betrieb wäre für die Projektpartner ECC Automotive, OWI Oel-Waerme-Institut und den Lehrstuhl Technische Thermodynamik an der Universität Siegen ein Erfolg.

Die Integration der Reformertechnologie bedeutet für den BHKW-Betrieb nicht nur mehr Flexibilität durch längere Laufzeiten bis in den Sommer hinein, sondern auch eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit entsprechend der Steigerung des elektrischen Systemwirkungsgrads. Mit der Reformgasmotortechnologie und intelligenten Steuerungs- und Regelungstechniken könnten BHKWs Wärme und Strom künftig bedarfsgerechter zur Verfügung stellen.DR

www.owi-aachen.de

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