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Wrme und Strom aus BiomasseDaniel Hegele, Dipl. Ing. (FH) / Hoval AG, Vaduz (Liechtenstein)
Einbindung von Stirling-Motoren in Stckholz- und Pelletskessel
ZG1ZG2ZG3
Inhalt
Einbindung von Stirling-Motoren in Stckholz- und Pelletskessel
Die Firma Hoval Idee / Vorversuche Projekt 1:
Stirling und Stckholzkessel Projekt 2:
Stirling und Pelletskessel Aktueller Projektstatus und
Ausblick
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Hoval - Gruppe
Heiztechnik- und Klimatechnik-Hersteller
Zentraler Sitz in Vaduz (Liechtenstein) Hauptmrkte: CH und AT Weitere Niederlassungen: DE, IT, UK Weltweiter Vertrieb ber Exportabteilung Ca. 1500 Mitarbeiter
Aus Erfahrung aus den Alpen!
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Stammhaus Vaduz (Liechtenstein)
Zentraler Sitz der Hoval Gruppe mit:
Gruppenleitung Forschung & Entwicklung Produktionsstandort (einer von fnf) Marketing Zentrale Logistik Zentrales Ersatzteil-Lager
Aus Erfahrung aus den Alpen!
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Geschftsfelder
Heiztechnik Klimatechnik
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Hoval KlimatechnikSysteme fr Hallenklimatisierung
Dezentrale Lsungen zum Lften, Heizen und Khlen
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TopVent Umluftgert zum Heizen und KhlenTopVent gasUmluft- und Zuluftgerte zum Heizen
RoofVent Be- und Entlftungsgert mit Energie-rckgewinnung zum Heizen und Khlen
AdiaVentUmluftgert zum Khlen
Hoval Klimatechnik Kontrollierte Wohnraumlftung
Gesundes Wohnraumklima mit Wrme- und Feuchterckgewinnung
HomeVent RS-180 / RS-250 / RS-500 fr Wohnungen / Einfamilienhuser /
Geschftsrume
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Hoval Heiztechnik
Systeme fr Solarenergie, Wrmepumpen, Biomasse, l und Gasfr EFH und Grossanlagen; 10 bis 3000 kW
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BelariaThermalia
UltraGasTopGas
MultiJetUltraOil
BioLytAgroLyt
Solarsysteme
Hoval Heiztechnik
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BelariaThermalia
UltraGasTopGas
MultiJetUltraOil
BioLytAgroLyt
Solarsysteme
Idee
dezentrale, CO2-neutrale Stromerzeugung aus Holz
hochwertige elektrische Energie alsAbfallprodukt der Wrmeerzeugung
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Mglichkeiten fr die Holzverstromung
- Holz vergasen => Gas-Motor
- Holz verbrennen => Dampf-Motor / -Turbine
- Holz verbrennen => Stirling-Motor
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Funktionsprinzip Stirling-Motor
Funktionsprinzip
Das grundstzliche Prinzip eines Stirling-Motors besteht darin, dass die Wrmeenergie von aussen zugefhrt wird.
Die Wrme, welche von aussen zugefhrt wird, erhitzt ein Arbeitsgas, welches sich in Folge ausdehnt und ber einen Kolben mit Kurbelwelle eine Drehbewegung erzeugt. Hiermit wird dann in der Regel ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben.
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Funktionsprinzip
Durch einen entsprechenden mechanischen Aufbau des Motors strmt das erhitzte Gas danach in eine khle Zone, wo es sich beim Abkhlen wieder zusammenzieht, um fr eine erneute Wrmeaufnahme bereit zu sein.
Durch dieses Prinzip der usseren Wrmezufuhr ist der Stirling-Motor fr den Betrieb mit Festbrennstoffen - wie z.B. Holz - geradezu prdestiniert.
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Prinzipieller Aufbau
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Verdrngerkolben
Regenerator
Arbeitskolben
Khler
2 Kurbelzapfen90 phasenverschoben
Erhitzerkopf
Prinzipieller Ablauf
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Isotherme Kompression
IsochoreErwrmung
Isotherme Expansion
IsochoreAbkhlung
Stirling und Stckholzkessel
Einbau beim Stckholzkessel
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Flammenumkehr bei ca. 800 C
Vorversuche bei Hoval Teil 1
Technische Daten der Testanlage 1:
Kessel Holzvergaser Hoval PuroLyt (45) Thermische Leistung 2045 kW
Stirling-Motor / Generator Einheit Beta-Maschine , Dr. Kammerich (D) Asynchron-Generator, elektr. Leistung 1 kW Netzparallelbetrieb (Einspeisung)
Test-Zeitraum Mai bis November 2001 Betriebsstunden: ca. 1300 h
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Einbau
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Einbau
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Vorversuche bei Hoval Teil 2
Technische Daten der Testanlage 2:
Kessel Holzvergaser Hoval AgroLyt (35) lambda Thermische Leistung 1836 kW
Stirling-Motor / Generator Einheit Beta-Maschine , Dr. Kammerich (D) Asynchron-Generator, elektr. Leistung 1 kW Netzparallelbetrieb (Einspeisung)
Test-Zeitraum April bis November 2003 Betriebsstunden: ca. 1200 h
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Zusammenhang Messwerte:Elektr. Leistung Erhitzerkopf-Temperatur
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AgroLytStirling Messwerte ber einen Zeitraum von 6 Stunden
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 2 3 4 5 6 7 8
Messpunkte
P el
ektr
. [W
]/T E
rhitz
erko
pf [
C]
P el. [W] T E-Kopf [C]
Vorversuche Zusammenfassung
Nach den ersten 1300 h wurde der Stirling-Motor kpl. zerlegt und von Motoren-Spezialisten auf Verschleiss untersucht. Das Ergebnis war sehr ermutigend es war keine Abnutzung sichtbar. Ohne irgendwelche Teile zu tauschen, wurde der Motor wieder zusammengebaut und erneut tagtglich fr weitere 1200 h befeuert.
Insgesamt wurde der Motor von Mai 2001 bis November 2003 im Alltagsbetrieb ber ca. 2500 Betriebsstunden gefahren.
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Hoval Stirling-Motor, 1. Generation
Projektverlauf 2004 / 2005
2004: Entscheid, Projekt weiterzufhren 7 Stck neue Stirling-Motoren wurden
daraufhin produziert (2. Generation) Einsatz dieser Maschinen auf realen
AgroLyt- Anlagen ab Sommer 2005 (Feldtest)
Test der verschiedenen hydraulischen Einbindungsmglichkeiten
Test von Notkhlung und Notabschaltung Optimierung der Kesselregelung auf die
motorspezifischen Anforderungen
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Hoval Stirling-Motor, 2. Generation
Projektbeispiel Poschiavo (CH)
Inselanlage ohne Anschluss ans ffentliche Stromnetz
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Ausgangslage: System vorher
vorher: Photovoltaik-Anlage plus Notstromaggregat
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450 Watt peak
24 V Batterie-Block
Notstromaggregat
System neu
neu: Stromversorgung im Winter durch AgroLyt mit Stirling
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450 Watt peak
24 V Batterie-Block1 kW
Projektbeispiel Harpstedt (DE)
AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)
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Projektbeispiel Sulzbach (DE) 1
AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)
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Projektbeispiel Sulzbach (DE) 2
AgroLyt mit Stirling im Netzverbund (380 Volt Drehstromgenerator)
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Weitere Feldtest-Standorte in DE
Weinstadt (Stuttgart)
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Stockach (Bodensee)
Hoval Stirling-Motor, 2. Generation
Projektverlauf 2004 / 2005
2004: Entscheid, Projekt weiterzufhren 7 Stck neue Stirling-Motoren wurden
daraufhin produziert (2. Generation) Einsatz dieser Maschinen auf realen
AgroLyt- Anlagen ab Sommer 2005 (Feldtest)
Test der verschiedenen hydraulischen Einbindungsmglichkeiten
Test von Notkhlung und Notabschaltung Optimierung der Kesselregelung auf die
motorspezifischen Anforderungen
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Hoval Stirling-Motor, 2. Generation
Motorkhlung: Konzept ideale hydraulische Einbindung
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Wichtig: Mglichst hoheTemperaturdifferenzim Stirling-Prozess
Motorkhlung 1:Reale hydraulische Einbindung (Beispiel 1: Sulzbach)
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Motorkhlung 2:Reale hydraulische Einbindung (Beispiel 2: Stockach)
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Projektverlauf 2006 - 2008
Begleitung und Auswertung des Feldtests
Optimierung des Gesamtsystems Monitoring-Projekt mit IZES,
Saarbrcken / FNR
Hoval / Jan-12 Stirlingmotor - Wrme und Stro