Entwicklung einer Mikro-Kraft-Wärmekopplung mit Thermogeneratoren als modulares integriertes System für Biomassekessel

Für den Betrieb von Pelletsfeuerungen (Kessel, Öfen) ist elektrische Energie zur Brennstoffförderung, Regelung und im Falle von Kesseln auch für ein Saugzuggebläse notwendig, die üblicherweise aus dem Netz entnommen wird. Somit ist die Wärmeerzeugung von der öffentlichen Stromversorgung abhängig, was bei Stromausfällen zu einem Ausfall der Wärme- und Warmwasserbereitstellung führt. Biomassekessel besitzen das Potential diese elektrische Energie selbst bereitzustellen. Dazu muss Wärme in elektrische Energie umgewandelt werden. Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind auf Grund Ihrer Eigenschaften hervorragend für den Einsatz in Biomassekleinfeuerungen geeignet. Sie benötigen weder ein Arbeitsmedium noch bewegte Teile, arbeiten daher geräuschlos und wartungsfrei.

Das Ergebnis des Projekts ist ein validiertes Konzept eines Wärmetauscher-Elementes als thermoelektrischer Generator, das auf die thermischen Voraussetzungen eines Biomasse-Kessels ausgerichtet ist (Temperaturbereich, Asche, Reinigung, Ausdehnungen). Die Nutzung eines möglichst großen Anteils der thermischen Energie zur Erzielung einer hohen Ausbeute an elektrischer Leistung und die Optimierung des Materialeinsatzes beim thermoelektrischen Element hinsichtlich technischer Parameter (Kennlinien, Lastgang, elektrische Verschaltung) sowie der Kosten (Leistungsausbeute vs. Kosten der Umwandlung) wird dabei umgesetzt.

Ziel ist die Konzeption und die Bewertung eines energieliefernden bzw. autarken Heizsystems bestehend aus Biomassekessel und thermoelektrischem Generator/Wärmetauscher. Über den Eigenverbrauch der gesamten Heizanlage inkl. Pumpen hinausgehende elektrische Energie soll in erster Linie in einer Batterie gespeichert werden, um die Energie für den nächsten Start bereitzustellen und bei einem Überschuss in das Hausnetz geliefert werden.

Die ersten Messungen von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom haben die Funktionsweise in einem adaptierten Standard-Pelletskessel mit 16 kWth bestätigt. Der Arbeitspunkt bei 6,3V und ca. 8A entspricht ca. 50W elektrischer Leistung. Eine Hochrechnung mit Berücksichtigung identifizierter und lösbarer technischer Probleme zeigt, dass das Erreichen des geplanten Maximalwertes von 400 Wel in weiteren Entwicklungsprojekten realistisch ist.

 

 

 

 

 


Projektvolumen

EUR 715.527,-- (gesamt)

Projektlaufzeit

2016-04-01 - 2018-03-31

Finanzierung

Klima- und Energiefonds im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2016

Projektpartner

Publikationen