Energetische Optimierung von Biogas-BHKW's

Schlussbericht.

Biogas Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen (WKK) bestehen aus einem Verbrennungsmotor sowie einem Generator, welche die umgewandelte Leistung in das elektrische Netz speist. Ziel der Arbeit ist es, Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung von mit unaufbereitetem Biogas betriebenen WKK Anlagen zu identifizieren und diese bezüglich Energieausbeute und Kosten zu quantifizieren.

Energetische Optimierung von Biogas-BHKW's

Biogas WKK Anlagen werden in der Regel stromgeführt gefahren und von dem Prozess vorgeschalteten Biogasanfall getrieben. Typischerweise wird nur ein unbedeutender Teil der anfallenden Wärme genutzt. Wirkungsgradsteigernde Massnahmen wurden in dieser Studie in zwei Klassen gegliedert und untersucht. Erstens wurde der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors untersucht. Zweitens wurden Techniken für die Umwandlung der ungenutzten Abwärme in elektrische Energie durch zusätzliche technische Systeme untersucht. Die einzelnen Systeme zur Abwärmenutzung werden zum Schluss mit einer Wirtschaftlichkeitsberechnung verglichen.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Ottomotors zu erreichen, sollte dieser mit etwa 20% Luftüberschuss betrieben werden. Dieses Gas-zu-Luft Verhältnis führt jedoch zu hohen NOx Emissionen. Die Grenzwerte können eingehalten werden, indem man die Spitzentemperaturen bei der Verbrennung mit einem mageren Gemisch senkt (typischerweise über 50% Luftüberschuss). Die Abwärme in den Verbrennungsmotoren fällt im Abgas bei 450-600 °C und im Kühlwasser bei 80-90 °C an. Jeder dieser Wärmeströme ist etwa gleich gross wie die verfügbare mechanische Leistung. Es lohnt sich je nach Investitions- und Wartungsaufwand diese beträchtlichen Wärmeströme zu nutzen. Als mögliche Wandler wurden in der Studie Dampfprozesse (Organic Rankine Cycle Systeme), Stirlingmotoren und thermoelektrische Wandler betrachtet.


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Letzte Änderung 16.09.2015