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NANOSTIR - Optimisation of solid biofuel operated Stirling CHCP units by means of nano technological coatings
Laufzeit 2008 - 2011

Besonders im landwirtschaftlichen Sektor fällt vermehrt Biomasse an, die aber in vielen Fällen ungenutzt bleibt. Das Potenzial zu deren Nutzung ist aber durchaus vorhanden. So kann Biomasse beispielsweise zur Stromproduktion sowie zur gekoppelten Bereitstellung von Wärme und Kälte eingesetzt werden.
Das Projekt NANOSTIR bietet ein völlig neues, hoch innovatives, alternatives Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungssystem (KWKK). Ziel des Vorhabens ist die Kombination eines Biomasseheizkessels, eines Stirlingmotors und einer Absorptionskältemaschine im kleinen Leistungsbereich.


Die Prototypen KWKK-Anlage besteht aus folgenden Komponenten

  • Biomasseheizkessel AWK45 der Firma BIOKOMPAKT Heiztechnik GmbH mit einer thermischen Leistung von etwa 45 kW
  • Stirlingmotor mit etwa 1 kW elektrischer und 3 kW thermischer Leistung bei einer Wärmeaufnahme von etwa 5 kW
  • Absorptionskältemaschine der Firma WEGRA Anlagenbau GmbH mit einer Leistung von ~ 15 kW Kälteleistung

                 

Biomasseheizkessel, Quelle: BIOKOMPAKT GmbH     Stirlingmotor, Quelle: LFS Tulln                          Absorptionskältemaschine, Quelle: WEGRA Anlagenbau GmbH

und kombiniert die folgenden Aspekte

  • Ökologische Nachhaltigkeit durch die Nutzung von Biomasse (holzartige und vor allem nicht holzartige Biomasse)
  • Produktion von Strom
  • Bereitstellung von Nutzwärme und Nutzkälte
  • höhere Unabhängigkeit gegenüber konventioneller Energieversorgung

Gleichzeitig verfolgt NANOSTIR die Optimierung des integrierten Stirlingmotors durch eine Nanobeschichtung des Wärmetauschers. Denn derzeit haben alle mit Holzhackschnitzeln, Scheitholz oder Pellets betriebenen Stirlingmotoren die gleichen Probleme: Der Erhitzerkopf des Stirlings verschmutzt und verschlackt mehr oder weniger je nach eingesetztem Brennstoff. Die Folgen sind ein beträchtlicher Wartungsaufwand und in fast allen Fällen ein signifikanter Leistungsabfall. Eine auf Nanotechnologie beruhende Beschichtung soll die Verschlackung des Erhitzerkopfes ganz oder zumindest in erheblichem Maße dauerhaft reduzieren.
Beschichteter Erhitzerkopf Stirling, Quelle: ItN Nanovation

Der Biomassekessel ist die zentrale Komponente der Projektanlage.
Der Stirlingmotor wird dabei von oben, direkt senkrecht über der Flamme, in die Flugaschenkammer des Heizkessels eingebracht.
In der Vergangenheit sind bei ähnlich konzipierten Anlagen, d.h. durch Biomasseverbrennung angetriebene Stirlingmotoren, oftmals mehr oder weniger starke Verschmutzungen und Verschlackungen am Erhitzerkopf entstanden. Diesem Problem wird nun durch Einsatz des nanobeschichteten Erhitzerkopfes entgegengewirkt.
Der Heizkessel speist nun die komplette Wärme in einen entsprechend dimensionierten Pufferspeicher ein. Dieser Pufferspeicher bedient dann wahlweise die angeschlossenen Heizkreise oder die Absorptionskältemaschine.
   
    Übersicht der installierten Projektanlage, Quelle: IZES gGmbH

Neben der Produktion von Strom, Wärme und Kälte möchte NANOSTIR auch zu einer breiteren Anwendung und Nachfrage nach Stirling KWKK-Anlagen beitragen, die derzeit keinen bedeutenden Anteil am europäischen Markt haben. Durch eine Erweiterung des Anwendungsspektrums sollen vermehrt kleine und mittlere Unternehmen oder Eigentümer von geeigneten Immobilien, die ganzjährig sowohl Wärme- als auch Kältebedarf haben, auf die neue und innovative KWKK-Technik aufmerksam werden. Nicht zuletzt der interessante Wirkungsgrad von über 90% und die zunehmende Unabhängigkeit gegenüber Energieversorgern wird ein Übriges zu einer weiteren Verbreitung des NANOSTIR-KWKK beitragen.

Projektumsetzung:

  • Jahr 2008/2009: Planungs- und Forschungsaktivitäten, besonders bzgl. der Entwicklung einer geeigneten Nanobeschichtung (Projektfortschritte)
  • Jahr 2010: Aufbau, Fertigstellung und Inbetriebnahme der KWKK-Anlage (Projektfortschritte)
  • 4. Quartal 2010/2011: Monitoring der KWKK-Anlage

Aktuelles:

Die KWKK-Anlage wurde in seiner Gesamtheit (Biomassekessel mit integriertem Stirlingaggregat, Absorptionskälteanlage, Wärme- und Kältespeicher) aufgebaut und an das Heizungssystem der Landwirtschaftlichen Fachschule Tulln (LFS) angeschlossen. Mit der eingesetzten Kälteanlage wird ein Obst-Lagerraum, ein Besprechungsraum und ein PC-Raum mit Kälte versorgt. Die Schule kann somit ganzjährig die Anlage betreiben und Strom, Wärme und Kälte (je nach Jahreszeit, entsprechend dem Bedarf) aus Biomasse nutzen. Im 4. Quartal 2010 sowie in 2011 erfolgt ein Monitoring der gesamten Anlage.
 
Information:

Projektpartner:


Kick-off - Meeting,  29./30. Januar 2008:


Fachsymposium "Wärme / Kälte / Strom - aus einer Anlagentechnik", 04. Dezember 2009:


Veröffentlichungen und Veranstaltungen:


Auftraggeber:
Europäische Kommission, 6. Forschungsrahmenprogramm
Contract No. TREN/07/FP6EN/SO7.71550/038551

Laufzeit:
Januar 2008 -  Januar 2011

Kontakt:
Dr. Bodo Groß
Tel.: +49 (0)681 / 9762 851
eMail: gross@izes.de

Guillem Tänzer
Tel.: +49 (0)681 / 9762 855
eMail: taenzer@izes.de 

 

 

 

 

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