Erfahrungsbericht über ein Holzpellet-Stirling-BHKW

der Fa. Sunmachine(Entwicklungsstand 2006)

zum Klein-KWK-Forum Nordhessen

14. Mai 2008 in Allendorf (Eder)Reinhard Kuhauptrkuhaupt@t-online-de

Gliederung

• Persönliche Vorstellung• Projektrahmen (Gebäude, Heizung, EnEV)• Sunmachine-Stirling-Konzept• Sunmachine 2006 im Betrieb• Betriebserfahrungen, Probleme• Neue Sunmachine Pellet 2008• EEG und Wirtschaftlichkeit

Biogaserzeugung und -einspeisungHardegsen - Gesamtkonzept

Aufmethanisierung

Benutzungsdauer:

7.500 h/a

1.021 m3/h

(bis zu

1.232 m3/h)

250 m3/h

1.250 kW

500 kW

5.616 kW

CO2 inkl. Methanverlust

550 m3/h (bis zu

630 m³/h)

Bioerdgas

5.500 kW

5.500 kW

Erdgas insgesamt

47 Mio. kWh/a

470 m3/h

BHKW vor Ort

ηel=39%ηth=39%

Elektrische Leistung

500 kW

für Fermenterbeheizung

Biogaserzeuger

E.ON Mitte

Erdgasleitung

Ankauf von

Roh-Biogas

jeweilsEEG-Vergütung für

Elektr. Energie,Verkauf von Wärme

z. B. 10 Module à 340 kWel und 480 kWw ,ca. 5.100 h/a an unterschiedlichen Wärme-Standorten

50 % CH4

BHKW

Anbaufläche ca. 800 bis 1.000 ha

ggf. E.ON Mitte

Input 61.000 t/a: z. B. 90% Mais,10% GülleGärrest 46.000 t/a

Biogasaufbereitung

Das Gebäude, der Projektstandort

2008• 120 mm WDVS• Teilweise 3-fach- Verglasung• Dach 300 mm Isoflock• 8 m² Solarkollektor• 2,2 kW Fotovoltaik• WW-Anschluß Waschmaschine und Wäschetrockner

• Teilweise Lüftung mit WRG• Holzpellet-Stirling-BHKW

1985• 24er Mauerwerk• Thermopenverglasung• Keine Dachdämmung• Ölheizung

Gebäudeenergiepass

Vorstellung

Prinzip„SUNMACHINE“

Brenner„SUNMACHINE“

Stirling-Prozess

Stirling-Motor

Übersicht„SUNMACHINE“

Ansichten„SUNMACHINE“

Technische Daten„SUNMACHINE“

Kostenvergleich„SUNMACHINE“

Impressionen„SUNMACHINE“

Schlusswort

Gesamtsystem Sunmachine

Stirling• außen liegende, kontinuierticheVerbrennung

• keinen Explosionsdruck, nur Ausdehnung

• keine Zündkerzen

• keine Ventile

• keine Steuerkette

• kein Ölbad

• wartungsfreier Betrieb laut Simulation80.000 Bh

Vorstellung

Prinzip„SUNMACHINE“

Brenner„SUNMACHINE“

Stirling-Prozess

Stirling-Motor

Übersicht„SUNMACHINE“

Ansichten„SUNMACHINE“

Technische Daten„SUNMACHINE“

Kostenvergleich„SUNMACHINE“

Impressionen„SUNMACHINE“

Schlusswort

Komponenten der Sunmachine

Expansions-kolbendom

Expansions-kolben

Laufbuchse

Kompressions-kolben

PleuelKühler

Pleuel-lager

Kurbel-welle

ErhitzerröhrchenStickstoffgefüllt

Erhitzerkopf

Regenerator

Gegen-gewicht

Vorstellung

Prinzip„SUNMACHINE“

Brenner„SUNMACHINE“

Stirling-Prozess

Stirling-Motor

Übersicht„SUNMACHINE“

Ansichten„SUNMACHINE“

Technische Daten„SUNMACHINE“

Kostenvergleich„SUNMACHINE“

Impressionen„SUNMACHINE“

Schlusswort

Datenblatt Sunmachine - Pellet Brennereinheit Brennstoff: Holzpellets, mindestens DIN plusLeistung kW: 7,5 – 14,9Inspektion: 1 x jährlich Reinigung: nach AnforderungSteuereinheitBedienung: graphisches TouchdisplaySchnittstelle RS 232: für Modem bzw. PCOptional: 3 Heizkreise und ein Warmwasserbereiter ansteuerbar,

Ladeoption für zusätzlichen Pufferspeicher,Schaltausgang für Spitzenlastanforderung

ZuführungPellet – VorratbehälterFassungsvermögen: 80 LiterPelletzuführung: mittels Vakuumförderung zur Sunmachine

vom Vorratraum (Sacksilo oder Erdtank)Abgas

Abgasführung nach Anforderung bei FeststoffkesselKondensat <1l/h

StirlingmotorZylinderanzahl: 1Hubraum: 520 ccmDrehzahlbereich: 500-1000 U/minArbeitsgas: Stickstoff mit 33 barWechselrichterNetzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzEingangsspannung: 350-600 Volt Netzüberwachung: 3 Phasen

BHKW Netzeinspeiseleistung: 1,5 – 3 kWThermische Leistung: 4,5 – 10,5 kWWirkungsgrad elektrisch: 20 – 25 %Gesamtwirkungsgrad: ca. 90 %Vorlauftemperatur: 50 - 75° CRücklauftemperatur, max. 60° C

Optimal: 30° CSchallemissionen: ca. 49 dBGewicht: (ohne Verkl.) ca. 410 kg Maße LXBXH in mm: 1160x760x1590

Technische Daten SM - Pellet

Die Erstinbetriebnahme

Betrieb mit Kabine

Probleme beim Stirlingmotor und deren Beseitigung• Gedrosselt auf 1,5 kW (mittlerweile 3 kWel erreicht)• Druckverlust Stickstoff von 27 auf 22 bar innerhalb von 3 Monaten

GlutsensorKontrollglas

Pelletfallschacht

Keramikgitter

3 KW Elektroheizung 300°C bei Start

Dämmung

Potenzialwirbel

Abgas mit Lambdasonde über Saugzuggebläse

wasserdurchströmter Brennwert WT

Abgas

Frischlufteinlass

Rekuperator

Funktionsschema der Brennereinheit

Vorstellung

Prinzip„SUNMACHINE“

Brenner„SUNMACHINE“

Stirling-Prozess

Stirling-Motor

Übersicht„SUNMACHINE“

Ansichten„SUNMACHINE“

Technische Daten„SUNMACHINE“

Kostenvergleich„SUNMACHINE“

Impressionen„SUNMACHINE“

Schlusswort

Probleme beim Brenner und deren Beseitigung• Brenner neigt aufgrund zu hoher Temperatur zum verschlacken (behoben durch geänderte Luftführung )

• Zu hoher Stromverbrauch durch lange Vorheizzeit (45 min, neu < 5 min)

• Stromverbrauch durch Saugzuggebläse etwa 250 W• Reinigung relativ aufwendig (neue mech. Rostreinigung, Wartung

nur ein mal im Jahr) • Unruhige Verbrennung durch falsche Position der Lambda-Sonde (behoben)

• Fehlstart durch Mängel in der Steuerung• Verschmutzung der Wärmetauscherfläche, keine Kondensation

Probleme beim Brenner und deren Beseitigung• Brenner neigt aufgrund zu hoher Temperatur zum verschlacken (behoben durch geänderte Luftführung )

• Zu hoher Stromverbrauch durch lange Vorheizzeit (45 min, neu < 5 min)

• Stromverbrauch durch Saugzuggebläse etwa 250 W• Reinigung relativ aufwendig (mech. Rostreinigung, Wartung nur ein mal im Jahr)

• Unruhige Verbrennung durch falsche Position der Lambda-Sonde (behoben)

• Fehlstart durch Mängel in der Steuerung• Verschmutzung der Wärmetauscherfläche, keine Kondensation

Brennerfunktion, Startvorgang

Pelletzuführung420 – 480 °C

Motorstart670 – 700°C

Pelletnachschub

Elektroschema Sunmachine

Wechselrichter und BHKW-Regelung

Netzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzNetzeinspeisung: einphasig 230 Volt 50 HzNennleistung:Nennleistung: 3 kW Spitzenleistung:Spitzenleistung: 3,3 kW Eingangsspannung:Eingangsspannung: 350 - 600 VoltWirkungsgrad:Wirkungsgrad: max. 95,7 %NetzNetzüüberwachung:berwachung: 3 Phasen

Wechselrichtertechnik

Probleme bei der BHKW-Regelung und deren Beseitigung• Drehzahlregelung der Pumpen nicht realisiert• Wärmemanagement durch Aufschaltung der Speicher und Heizkreise nicht realisiert

Hydraulikschema Sunmachine

Erreichte Ziele zum Markteintritt 2008

Einhaltung der technischen DatenEinhaltung der technischen DatenReduzierung der elektrischen Vorheizzeit unter 5 min.Verringerung der Brennerverschmutzung durch Verringerung der Brennerverschmutzung durch

Absenkung der Rosttemperatur um 400 KAbsenkung der Rosttemperatur um 400 KAutomatische RostreinigungAutomatische RostreinigungBrennerwartung nur einmal jBrennerwartung nur einmal jäährlich erforderlichhrlich erforderlichHeizungsmodul übernimmt alle Regelungs-

funktionen bis in die Heizkreise hinein

Markteinführungstand 2008

Ansätze zur WirtschaftlichkeitPelletbedarf bei 3 kWel 7 kWth lt. Hersteller 2,25 kg/Bh

„normale“ Pellets NaWaRoPelletpreis [€/t] entspricht: 4 ct/kWh 4,8 ct/kWhEinspeisevergütung 16,67 ct/kWh 23,67 ct/kWh

Brennstoffkosten je Bh: 45 ct 54 ctEinspeisevergütung je Bh: 50 ct 68 ct______________________________________________Überschuss je Bh: 5 ct 14 ct

Finanzierung der Investition von 25.000 bis 30.000 € nettoKesselgutschrift 10.000 €

Zum guten Schluß:• Dank an das Hessische Wirtschaftsministerium und die Hessenenergie sowie die Stadtwerke Wolfhagen

• Apell an Planer, Installateure und mögliche Betreiber

• Die technischen Probleme sind lösbar, zum Markteintritt in diesem Jahr hoffentlich gelöst

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

www.sunmachine.com