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.
MOVE-power KWK, geöffnete Anlage: MP50 mit 50 kW elektrisch und 92 kW thermisch bei 147 kW Erdgas. Foto: MOVE-Power GmbH
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 in das BHKW 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 Prozent 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.
