Effizienteres Blockheizkraftwerk durch Integration eines thermochemischen Rekuperators

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt haben die MOVE GmbH, Groschopp AG und die OWI Science for Fuels gGmbH den elektrischen Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerks (BHKW) erhöht und damit seine Wirtschaftlichkeit gesteigert. Entscheidend für den Erfolg war die Integration eines thermochemischen Rekuperators (Heat-Power-Converter, HPC) in einen MOVE-Serienmotor. Der Motor vom Typ MP-50 hat 4 Zylinder mit 50 kW elektrischer Leistung. Die Wirkungsgradsteigerung elektrisch beträgt 4 Prozentpunkte, was einer relativen Steigerung von rund 13 % entspricht. Ein modifiziertes Motorsteuerungskonzept erlaubt einen stabilen Betrieb ohne Motorklopfen.

Der von OWI entwickelte und in den Motor integrierte HPC erweitert den Betriebsbereich des BHKWs, da die Stromkennzahl über die variable Rekuperation der Abgaswärme in einem größeren Bereich eingestellt werden kann. Die Anhebung der Stromkennzahl ermöglicht einen wirtschaftlicheren Betrieb von BHKW´s. Der Wirtschaftlichkeitsvergleich mit der Serienvariante ohne HPC zeigt, dass die zusätzliche Investition bereits nach drei Jahren rentabel ist. Der Grund dafür ist die erhebliche Brennstoffeinsparung, die mit der Technologie erreicht wird.

Die Systemintegration des HPC erfolgte abgasseitig so nahe wie möglich am Motor im Abgaskrümmer. Im HPC wird Erdgas mit Wasser vermischt und unter Nutzung von Wärme aus dem Motorabgas zu Wasserstoff konvertiert. Das in diesem Prozess erzeugte Synthesegas wird in den Motor als Brenngas eingeleitet. Das Synthesegas ist mit Wasserstoff angereichert und enthält bis zu 18 % mehr chemisch gebundene Energie im Vergleich zu der primär eingesetzten Menge Erdgas. In diesem Prozess werden Wärmeverluste reduziert, so dass die Menge der konvertierten thermischen Energie maximiert wird. Dadurch ergibt sich eine maximale Einsparung des Primärbrennstoffes Erdgas.

Thermochemische Reformer am Motor eignen sich sehr gut, um künftig trotz schwankenden Gaskonzentrationen homogene Brenngase dem Motor bereitzustellen. Neben der Brennstoffeinsparung werden dadurch auch positive Effekte bei Wartung und Inbetriebnahmen erwartet. Durch eine geeignete Betriebsführung können so Anpassungen an der Gasdosierstrecke und Motorsteuerung entfallen.

Das Projekt Heat-Power-Converter HPC wurde mit Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) „Investition in Wachstum und Beschäftigung“ mit der Kennziffer EFRE-0801840 gefördert. Die Projektlaufzeit war vom 11/2019 bis 03/23.

Weitere Informationen finden Interessierte im Internet unter www.owi-aachen.de

Die OWI Science for Fuels gGmbH ist eine unabhängige und gemeinnützige Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt OWI Konzepte und Technologien auf den Gebieten der energieeffizienten Nutzung flüssiger konventioneller und alternativer Brenn- und Kraftstoffe sowie innovativer Effizienztechnologien. Das Ziel sind technisch ausgereifte, treibhausgas- und emissionsarme Lösungen für die Wärmeerzeugung und Mobilität von Morgen. OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und der Thermoprozesstechnik.

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Bildquelle: MOVE-Power GmbH