Mikro-KWK mit Heizölantrieb

(28.3.2011; ISH-Bericht) Im Projekt zur Entwicklung einer mit Heizöl betriebenen Mikro-KWK-Anlage ist ein erstes Etappenziel, die Konstruktion eines Prototypen, erreicht. Eine zentrale Voraussetzung hierfür war die Entwicklung eines modulierenden Ölbrenners sehr kleiner Leistung. Der Brenner auf Basis der "Kalte-Flammen-Technologie" wurde zwischenzeitlich in das Mikro-KWK-Gerät "Lion Powerblock" des Geräteherstellers Otag integriert und soll nun im Laborbetrieb optimiert werden. Mit zwei weiteren Testgeräten in Einfamilienhäusern soll außerdem die dauerhafte Betriebssicherheit erprobt werden. Sobald die Tests abgeschlossen und alle Fragen bezüglich der relevanten Sicherheitsanforderungen geklärt sind, wollen die Projektpartner gemeinsam einen größeren Feldtest starten.

Auf Initiative des Instituts für Wärme und Oeltechnik (IWO) hatten der Gerätehersteller Otag und die Mineralölunternehmen aws Wärme Service, Shell und TOTAL im September 2009 eine Kooperation im Bereich Heizöl betriebener Mikro-KWK vereinbart. Am Ende des im Rahmen der Technologie-Initiative der Mineralölwirtschaft durchgeführten Projektes soll eine marktgerechte "Strom erzeugende Öl-Brennwertheizung" stehen.

Technologische Besonderheit des Geräts ist ein Lineargenerator, der über einen geschlossenen Wasserdampfkreislauf angetrieben wird. Im Gegensatz zu konventionellen Generatoren mit Rotationsbewegung wandelt der Lineargenerator eine geradlinige Bewegungsenergie in Strom um. Dieses Konzept benötigt daher keinen Schmiermittelkreislauf und lässt somit relativ lange Wartungsintervalle erwarten; außerdem soll es äußerst leise im Betrieb sein.

Mikro-KWK mit ölbetriebenem Stirlingmotor

Das IWO hat zudem ein weiteres KWK-Projekt im Rahmen der Technologie-Initiative der Mineralölwirtschaft gestartet - nämlich die Entwicklung eines Mikro-KWK-Gerätes mit einem heizölbetriebenen Stirlingmotor. Gemeinsam mit dem neuseeländischen Unternehmen WhisperTech will IWO das Mikro-Blockheizkraftwerk "WhisperGen" für den Betrieb mit Heizöl anpassen.

Ausgelegt ist das geplante ölbetriebene Mikro-KWK-Gerät für eine thermische Leistung von 5,5 bis 10 Kilowatt (kW) und eine elektrische Leistung von 1 kW. Die Mineralölunternehmen Shell und TOTAL beteiligen sich als Sponsoren. Auf europäischer Ebene wird das Projekt von der Schweizer Erdöl-Vereinigung / Union Pétrolière (EV/UP) unterstützt.

Die Antriebsenergie für einen Stirlingmotor ist Wärme. Ziel des Projekts ist es, diese Wärme mit einem Ölbrenner zu erzeugen. Die Kooperationsvereinbarung sieht daher die Entwicklung eines modulierenden Ölbrenners kleiner Leistung vor, der den Betrieb des "WhisperGen" mit Heizöl ohne größere Modifikation ermöglicht.

"Wir möchten die Chance wahrnehmen, unser Mikro-BHKW für den zweiten wichtigen Energieträger im europäischen Raumwärmemarkt nutzbar zu machen", erläutert Loren Madden von WhisperTech die Motivation für die Kooperation. Eine gasbetriebene Variante ist marktreif und bereits verfügbar. "Darüber hinaus ist es auch für andere Märkte wie Nordamerika oder Kanada wichtig, ein Mikro-BHKW anbieten zu können, das ohne Erdgasleitung oder andere Infrastruktur funktioniert", so Madden weiter.

Besonderheit: Stirlingmotor

Das KWK-Gerät arbeitet mit einem doppelt wirkenden, vierzylindrigen Stirlingmotor. Dieser Motor wird durch einen Brenner angetrieben und wandelt thermische Energie in Bewegungsenergie um. Über einen Generator wird die Bewegungsenergie zur Erzeugung von Wechselstrom genutzt. Gekühlt wird der Motor mit Wasser, das sich im Zuge der Stromerzeugung erwärmt und dann für die Gebäudebeheizung genutzt wird.

Der thermische Antrieb des Stirlingmotors durch einen modulierenden Brenner bietet laut IWO einige Vorteile. Im Vergleich zur intermittierenden Verbrennung in Viertakt-Motoren soll ein Stirlingmotor mit einem modulierenden Ölbrenner deutlich emissionsärmer betrieben werden können - und zwar auf ähnlichem Niveau wie Öl-Brennwerttechnik. Zudem benötigen Stirlingmotoren kein Schmieröl. Dementsprechend würden Ölwechsel und häufige Wartung entfallen. Das wiederum verspreche bei Mikro-KWK-Anlagen mit bis zu 1 kW elektrischer Leistung deutliche Kostenvorteile gegenüber KWK-Anlagen mit Verbrennungsmotor. Auch die geringe Geräuschbelastung des Stirlingmotors spreche für den Einsatz in Mikro-KWK-Anlagen für den Ein- und Zweifamilienhausbereich.