TGA-Newsletter: 11-2017 | 08.06.2017 (23.KW)

Forschung

Biogas-BHKW: Reformer soll Stromausbeute erhöhen

Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Biogasmotoren wandeln regenerativ erzeugtes Biogas in Strom und Wärme, die in Strom- bzw. Nahwärmenetze eingespeist werden können. Die Nutzung der Wärme ist allerdings oft ein den Betrieb und die Auslegung limitierender bzw. die Wirtschaftlichkeit beeinflussender Faktor. Ein Forschungsprojekt strebt nun die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads von Biogas-BHKW an.

Abwärme wird im Brenngas chemisch gebunden

Das Konzept sieht vor, dass in das BHKW eine Reformereinheit integriert und mit dem Gasmotor gekoppelt wird. Überschüssige Wärme aus dem Gasmotor, die im Normalfall 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 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 GmbH, OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH 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 bedarfsgerechter zur Verfügung stellen. ■

www.owi-aachen.de

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