Mikro-BHKW für Einfamilienhäuser auf Rapsöl-Basis
MIKRO-BHKW im Wohnhaus
Abb.: Mikro-BHKW im Wohnhaus
Entwicklungsmotivation
Mit dem Einsatz von CO2-neutralen Kraftstoffen kann ein wichtiger Beitrag zur Verminderung des Treibhaus-effektes geleistet werden. Die gleichzeitige Substitution konventioneller Energieträger wirkt deren Verknappung und Verteuerung entgegen. Aus diesen beiden Effekten ergibt sich im Zusammenhang mit der Umwelt-verträglichkeit eine zukünftige Schlüsselrolle nachwachsender Brennstoffe.

Pflanzenöle haben hierbei eine besondere Bedeutung, weil sie wegen ihrer hohen volumen- und massen-bezogenen Energiedichte (Rapsöl 9,2 kWh/l = 10 kWh/kg) und ihrer einfachen Handhabung bei Lagerung und Transport in der Lage sind, zur dezentralen Energieerzeugung und in Antriebssystemen zum Einsatz zu kommen. Der Energieaufwand bei der Rapsölherstellung beträgt 15 % der volumetrischen Energiedichte und ist als günstig einzustufen (im Vergleich Biodiesel 29 % mit Anrechnung der Glyzerin-Gutschrift). Die Reduzierung der Importabhängigkeit der Wirtschaft von krisengefährdetem Heizöl gewährleistet eine höhere Preisstabilität bei den Energiekosten und damit letztlich bei den Produkten.

Im Vergleich zu Erdgas und Heizöl kann ein nachwachsender flüssiger Energieträger den hohen Komfort-ansprüchen von Hausbesitzern am ehesten Rechnung tragen. Da Rapsöl Lebensmittelqualität besitzt, genügt bis zu einer Menge von 5.000 l ein einwandiger Tank zur Lagerung. Neben den Installationskosten reduzieren sich die Gebäudeversicherungskosten. Das Gefahrenpotential im Gebäude sinkt und Raumluftbelastungen treten nicht auf.

Die Erwartungen an Brennstoffzellen hinsichtlich Preiswürdigkeit, zügiger Markteinführung, Langlebigkeit, ge-ringer Betriebskosten, beherrschbarer Brennstofflogistik konnten trotz intensiver finanzieller und technischer Bemühungen bislang nicht erfüllt werden. Die bisherige Forschung und Entwicklung an Brennstoffzellen hat jedoch dazu beigetragen, die zukünftige Marktposition besser einschätzen zu können. Das CO2-Einsparpotential von Brennstoffzellen leitet sich ohnehin nicht aus dem Einsatzbrennstoff selbst ab, sondern aus dem angestrebten hohen Wirkungsgrad der Kraft-Wärme-Kopplung.

Die Entwicklung von Stirling-Motoren hat neue Impulse erhalten und wird weltweit forciert. Stirling-Motoren in Energieerzeugungs- und Antriebssystemen erlauben bei vergleichbaren Wirkungsgraden mit speziell aus-gelegten Brenner-Erhitzer-Systemen wahlweise den Einsatz nachwachsender oder konventioneller Brennstoffe.

Wettbewerbsfähige Preise von Rapsöl sind momentan beim Einsatz in Fahrzeugen (umgebaute Dieselmotoren) sowie in BHKW (min. 5.500 Vbh) mit Verstromung nach EEG gegeben.

Aus den geschilderten Bedingungen lässt sich schlussfolgern, dass die Pflanzenölproduktion zukünftig wächst. Es ist wegen attraktiver Einnahmen und der damit einhergehenden Entwicklung der Infrastruktur ländlicher Bereiche zu erwarten, dass landwirtschaftliche Flächenkapazitäten über die Grenzen von Deutschland hinaus zum Anbau von Ölpflanzen genutzt und geschaffen werden. Mit der Importmöglichkeit und der notwendigen Fruchtfolge (3-Jahres-Zyklus) sind überproportionale monokulturelle Tendenzen bei Raps nicht zu befürchten.

Ausschließlich mit Pflanzenölen lässt sich der zukünftige Energiebedarf der Gesellschaft nicht decken. An erster Stelle der Bemühungen steht der jeweils hohe Systemwirkungsgrad unter Ausschöpfung der Energieeinspar-potentiale. Das gilt sowohl für Gebäude als auch für technische Systeme. Die Bereitstellung der notwendigen Primärenergie wird auch in Zukunft als Energiemix erfolgen. Nur dass der Anteil indirekter (Energiepflanzen, Holz, Erdwärme, Wind) und direkter Solarenergienutzung stark zunehmen wird. Neben der Umweltrelevanz erleichtert der Wunsch der Menschen nach größerer Unabhängigkeit von preisbestimmenden Versorgungsunternehmen den Einsatz von pflanzenölgefeuerten Klein-BHKW im Einfamilienhaus.


Aufbau
In das kompakte rapsölbetriebene Blockheizkraftwerk wird ein besonderer Heißgasmotor integriert, der mit zwei Doppelkolbeneinheiten arbeitet. Die Maschine nutzt vier Heißgas-Zyklen mit jeweils 90°-Phasenversatz. Dadurch wird eine günstige massen- und volumenbezogenen Energiedichte und die Regelbarkeit des Systems gewährleistet. Als Wärmezwischenspeicher kommen in jedem der 4 Zyklen, Regeneratoren aus einer gesinterten Metallfasermatrix zum Einsatz. Diese wurden innerhalb eines Verbundforschungsvorhabens gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung entwickelt. Das Forschungsvorhaben wurde gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03WKO04G.

Das BHKW ist sowohl für den Insel- als auch für den Netzparallelbetrieb geeignet.

Stirling-BHKW   Prototyp
Abb.: Motoransicht   Abb.: Prototyp

Auslegungsparameter
Die Auslegungsleistung des BHKW beträgt 1.000 W elektrisch und 2.200 W thermisch. Der Systemmitteldruck beträgt 6,5 bar. Die Erhitzertemperatur liegt bei 800° C, die Kühlerwandtemperatur bei 70° C. Der Gesamt-wirkungsgrad beträgt 91,4 %, der elektrische Wirkungsgrad beträgt 28,6 %.

Wegen der geringen Anzahl bewegter Teile wird eine hohe Betriebsdauer und ein niedriges Störungspotential prognostiziert. Das BHKW wird als modulares Kompaktgerät für den Einbau in einen Heizraum gestaltet.


Kooperationspartner
Von den Projektpartnern seien nur einige wichtige genannt: die Fraunhofer-Gesellschaft, das Steinbeis-Forschungszentrum und die TU-Dresden.

Das System lässt sich mit einem leicht modifizierten Brenner auch mit Heizöl EL gemäß DIN 51603 Teil 1 betreiben.


Messe/Kongress
Vom 25. bis 27. 2. 2010 war ENERLYT auf der CEP „CLEAN ENERGY & PASSIVEHOUSE “, der internationalen Fachmesse für erneuerbare Energien und Passivhaus, in Stuttgart vertreten. Auf einem eigenen Stand wurde der 4-Zyklen-Stirlingmotor präsentiert, der im laufenden Betrieb wie ein Publikumsmagnet wirkte.
CEP 2010   Obwohl der Motor nur z. T. mit einem Gehäuse umgeben war, konnten sich die Besucher von der vibrationsarmen und leisen Betriebsweise über-zeugen.

Das Interesse war sehr groß und allgemein positiv. Es konnten viele Kontakte aufgenommen werden.








Abb.: Am Messestand auf der CEP 2010
Parallel zur Messeveranstaltung fand am 25. 2. 2010 der 3. Deutsche Stirling Kongress statt. Rund 1.100 Kongressteilnehmer informierten sich über den Stand der Technik, Zukunftsperspektiven und die Ergebnisse aktueller Forschungsprojekte rund um den Stirlingmotor.

Dr. Andreas Gimsa, Geschäftsführer der ENERLYT Technik GmbH, referierte zum Thema „Der Motor mit 4 Zyklen und kein SIEMENS, eine vielversprechende Maschine “. Im Vortrag wurden die Besonderheiten des patentierten ENERLYT-Motors erläutert und die Abgrenzung zum SIEMENS Motor aufgezeigt.

Interessierte haben die Möglichkeit sich die Vortragsunterlagen herunter zu laden. Für die Darstellung der Dateien benötigen Sie Acrobat Reader.

Vortragsunterlagen CEP 2010
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Video
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Lizenznehmer
Lizenznehmer für neuartigen Motor gesucht!
Wir wissen, dass potentielle Lizenznehmer auf unsere Marktinnovation warten, wir wissen nur noch nicht,
wo sie stecken!
Da wir nicht die ganze Welt mit dieser vielversprechenden Maschine beliefern können, suchen wir Unternehmen, die wie wir, das enorme Marktpotenzial sehen.
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Ansprechpartner
Die Entwicklung wird von Dr.-Ing. Andreas Gimsa geleitet.