Innovative Zweistoff-KWK-Lösung für zuverlässige Energie in Inselnetzen

Im Rahmen des öffentlich geförderten Forschungsprojekts “FlexECO2” wurde in Kooperation mit der Hochschule Amberg-Weiden ein hochflexibler Zweistoff-KWK-Motor entwickelt, der ohne Hilfseinrichtung als alleiniger Stromerzeuger in Inselnetzen eingesetzt werden kann. Inselnetze sind elektrische Verbunde aus Erzeugern und Verbrauchern oder ganzen Standorten (“Inseln”), die nicht am öffentlichen Stromnetz angeschlossen sind. Diese sind teilweise technisch nötig, weil die benötigte Leistung am Standort nicht verfügbar ist, oder wirtschaftlich sinnvoller, weil hohe Anschlussleistungen auch zu höheren Kosten führen. Für den Inselbetrieb stehen üblicherweise nur Dieselaggregate zur Verfügung, die hohe Brennstoffkosten und Emissionen mit sich bringen. Bei reinen Gasmotoren reicht das Regelverhalten nach Stand der Technik noch nicht aus, um ohne Unterstützung von Dieselmotoren oder Stromspeichern in Inselsystemen eingesetzt werden zu können.

Der neu entwickelte Motor wird mit gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen in variablen Mischungsverhältnissen betrieben. Ursprüngliches Ziel war die alleinige Verwendung von Methan/Erdgas. Durch die Umbrüche aufgrund des Ukraine-Kriegs wurde allerdings zügig auf den Einsatz von Holzgas umgeschwenkt, um potenziellen Kunden eine krisenstabile sowie nachhaltige Lösung bieten zu können. Im Mittel beträgt der Gasanteil ca. 70 % der abgegebenen Leistung. Als Flüssigkraftstoff können neben Dieselöl auch Biodiesel, Pflanzenöle und synthetische Kraftstoffe wie HVO eingesetzt werden.

Der Zweistoffmotor kann die Vorteile beider Brennstoffsysteme nutzen: das gute Regelverhalten und Lastspektrum eines Dieselmotors sowie die gute Umweltbilanz und Wirtschaftlichkeit eines Gasmotors.

Hierfür wurde im Rahmen des Projekts ein Leistungsregler entwickelt, der die dauernd schwankende Last in Inselnetzen mit zwei Kraftstoffen gleichzeitig ausregeln kann.

Das BHKW bietet eine höhere Versorgungssicherheit als übliche Dieselaggregate: Auch bei einem Ausfall der Gasversorgung ist der Motor in der Lage, mit Flüssigkraftstoff lückenlos weiter Strom zu erzeugen. Auch die Zuschaltung eines Verbrauchers mit 50 % der Nennlast, was einer Leistung von 120 kW (164 PS) entspricht, ist möglich. Der Motor ist im Zweistoffbetrieb kurzzeitig überlastfähig bis 315 kW (430 PS), was etwa 130 % der Nennlast entspricht.

Zusätzliches Ziel war es, die Emissionsanforderungen nach der 44. BImSchV, vor allem den NOx-Grenzwert, einzuhalten. Dieser liegt bei der Verwendung von Erdgas bei 100 mg NOx/Nm³. Dies wurde durch eine hochpotente und dynamische SCR-Anlage realisiert, deren Potenzial noch weit über die Anforderungen dieser Anwendung hinausgeht.

Das BHKW ist zudem H2-ready, also für zukünftig steigende Wasserstoffanteile im Brenngas gerüstet.

Die KWK-Anlage kann z. B. in der holzverarbeitenden Industrie helfen, die Energiekosten für Strom und Wärme massiv zu senken und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und Versorgungsunternehmen zu reduzieren. Außerdem kann eine lückenlose Versorgung, auch bei Stromausfällen, gewährleistet werden.

Technische Eckdaten:

Nennleistung: 240 kWel
spezifische Leistung: 25,4 kWmax/l Hubraum

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Burkhardt ist ein führender Anbieter aus dem Bereich Kraft-Wärme-Kopplung inklusive eigener Entwicklung und Fertigung von Blockheizkraftwerken und Holzvergasern. Weiterhin liefert Burkhardt Systeme für die mechanische und thermische Klärschlammbehandlung mittels Bandtrockner.

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