Innovative KWK-Anlagen

Die thermische Nutzung von neuen Biomasse-Brennstoffen und die Entwicklung von Feuerungsanlagen der nächsten Generation sollen die Basis für eine zukünftige wirtschaftlichere Wärme- und Stromerzeugung aus Biomasse legen. Derzeit am Markt erhältliche KWK-Technologien beschränken sich allerdings auf den großen (Dampfturbinenkreise mit Nennleistungen >2 MWel) und den mittleren (ORC Prozesse mit elektrischen Nennleistungen zwischen 400 kW und 2 000 kW) Leistungsbereich. Für den kleinen elektrischen Leistungsbereich, der speziell für die dezentrale Nutzung von Biomasse in KWK Anlagen von großer Bedeutung ist, stehen noch keine erprobten Technologien zur Verfügung. BEST- Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH hat in der Vergangenheit einen expliziten Schwerpunkt hinsichtlich der Entwicklung von Biomasse-KWK-Technologien im kleinen elektrischen Leistungsbereich gesetzt. Die Forschungsaktivitäten haben dazu beigetragen, dass die Stirlingmotor-Technologie im Leistungsbereich zwischen 35 und 100 kWel bis zur Demonstrationsstufe gebracht werden konnte.

Aktuell konzentriert sich die Entwicklungsstrategie auf KWK-Technologien, die den Leistungsbereich zwischen 100 und 400 kWel abdecken sollen, der derzeit noch nicht bedient werden kann. In diesem Leistungsbereich erscheint derzeit die Anwendung von Mikrogasturbinen als besonders erfolgversprechend und ausbaufähig. Es besteht allerdings noch erheblicher Entwicklungsbedarf, speziell bezüglich der Hochtemperatur-Wärmeübertragung bei indirekt gefeuerten Mirkogasturbinen, wo sich eine Steigerung der Turbineneinrittstemperaturen besonders positiv auf den erzielbaren Wirkungsgrad auswirkt. Da die Abgastemperaturen von Mikrogasturbinen im Volllastbetrieb üblicherweise bei ca. 600°C liegen, bietet sich auch die Kombination mit zum Beispiel einem ORC Prozess zur Nutzung der im Rauchgas enthaltenen Restwärme an. Mit derartigen kombinierten Kreisen können Wirkungsgrade, die deutlich über denen konventioneller KWK-Technologien liegen, erzielt werden. Des weiteren erscheint auch die Kombination aus mit Biogas betriebenen Mikrogasturbinen, bei denen zusätzlich eine indirekte Aufheizung der Verbrennungsluft über eine Biomassefeuerung erfolgt, als eine vielversprechende zukünftige Option zur weiteren Wirkungsgradsteigerung bei erhöhtem Einsatz an erneuerbaren Energieträgern.

Im großen Leistungsbereich sind Dampfturbinenprozesse seit vielen Jahren am Markt etabliert und technologisch entsprechend ausgereift, was sich in sehr guten Anlagenverfügbarkeiten sowie akzeptablen Wirkungsgraden niederschlägt. Die Nutzung neuer Biomasse-Brennstoffe wird allerdings zu zusätzlichem F&E-Bedarf führen, speziell was die Schnittstelle zwischen der Feuerung und dem Dampfturbinenkreis, den Kessel, betrifft. Unter Berücksichtigung der speziellen Charakteristika von neuen Biomasse-Brennstoffen müssen Wege gefunden werden, die Dampfparameter weiter zu erhöhen (und damit den elektrischen Wirkungsgrad zu steigern) ohne dabei erhöhte Risiken bezüglich Depositionsbildung und Korrosion in Kauf nehmen zu müssen. Bei BEST- Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH wurde bereits ein Projekt durchgeführt, das sich mit möglichen Erhöhungen der Dampfparameter in Feuerungen die mit holzartigen Brennstoffen beschickt werden, auseinandersetzte. In Zukunft sollen diese Arbeiten auf neue Biomasse-Brennstoffe ausgedehnt werden. Des weiteren soll ein intern finanziertes Grundlagenforschungsprojekt, das sich schwerpunktmäßig mit der Hochtemperaturkorrosion in Biomassekesseln auseinandersetzt, weitere wichtige Daten und Know-How bezüglich der Möglichkeiten zur Erhöhung der Dampfparameter in Dampfturbinenprozessen bringen.