BioHPR

Beschreibung

Hier finden sie grundlegende Informationen zum EU-Projekt BioHPR (Biomass Heat Pipe Reformer) NNE5-2000-000181. Wie unten dargestellt handelt es sich beim BioHPR um einen allothermen Vergaser mit einem besonderen Wärmetransport über sogenannte Heat Pipes. Das Projekt wurde von folgenden Teilnehmern getragen :

• Lehrstuhl für Energiesysteme (Koordination) Technische Universität München
• Deutsche Montan Technologie DMT
• Luft- und Feuerungstechnik GmbH (ehem. Polytechnik)
• Institut für Kernenergetik und Energiesysteme IKE
• Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants, Section of Industrial Management and Operations Research, National Technical University of Athens NTUA
• Saar Energie GmbH SE

Zusammenfassung des Projekts

Es existieren momentan keine wirschaftlich konkurrenzfähigen KWK-Systeme im Bereich unter 1MW, wenn ein passender Restwärmeabnehmer fehlt. Zielsetzung des BioHPR Projekts war die Entwicklung eines einfachen und kostengünstigen, allothermen Vergasersystems, um Gase mit hohem Brennwert z.B für Mikro Turbinen zu erzeugen. Die innovative Idee dahinter besteht darin, die Wärme für die endotherme Vergasung über Hochtemperatur Heat Pipes zur Verfügung zu stellen. Ein Schlüssel zum Erfolg stellt die einfach Konstruktion, sowie das flexible Verhältnis von Wärme und Leistung. Damit ist das Konzept auch ohne einen Wärmeabnehmer konkurrenzfähig. Zwei Prototypen wurden im Rahmen des Projektes entwickelt und erfolgreich getestet.

Zielsetzungen des Projekts

Gas Turbinen und Brennstoffzellen benötigen Gase mit hohem Wasserstoffanteil, sowie hohem Brennwert. Sogenannte "Mikro Turbinen" im Bereich von 30 bis 250kW sind bereits auf dem Markt. Diese Turbinen erforden einen Gasdruck von etwa 0,3 MPa und Brennwerte oberhalb von 10 - 12 MJ/m³. Solche Brennwerte sind nur über allotherme Vergasung zu erreichen.

Um Biomasse zur Energieerzeugung zu nutzen sind kleine dezentrale Anlagen zur allothermen Vergasung notwendig.

Innerhalb dieses neuen Konzeptes wird die Wärme zur endothermen Vergasung aus der Brennkammer über Hochtemperatur Heat Pipes bereitgestellt. Das Produktionsverhältnis von Wärme und Leistung ist dabei flexibel. Aktuelle Schätzungen belegen, dass das BioHPR Konzept in vielen Anwendungsbereichen eine wirtschaftliche Lösung darstellt. Durch Serienfertigung, besonders der Heat Pipes, wäre eine weitere Kostensenkung garantiert, so dass in Zukunft auch teurere Energiepflanzen statt landwirtschaftlichen Abfällen zur Energieerzeugung genutzt werden könnten.

 Zur Umsetzung wurden die folgenden Ziele gesteckt

• Entwicklung und Konstruktion zweier Prototypen des Heat-Pipe-Reformers 
• Test und Optimierung im Hinblick auf eine Serienfertigung
• Kostenreduktion beim Reformer und den Heat Pipes im Besonderen
• Vorbereitung einer Pilotanlage in Karditsa ( Griechenland )

Die Hauptkriterien für den Erfolg des Projekts

• der Brennwert des produzierten Gases (ca. 10 MJ/m³ )
• erfolgreiche Langzeittests (72 h)
• grundlegende Konzeption der Pilotanlage

Funktionsweise des BioHPR

Alle Meilensteine während des BioHPR Projekts wurden erreicht. Dementsprechend wurde ein "Proof-of-Concept" erbracht.

Das Konzept eines allothermen Vergasers zeigt Abb. 1. Die Verwendung von Heat Pipes ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise. Über eine Gefällezuführung (1) gelangt der Festbrennstoff in den Reformer(2). Dort wird der Brennstoff thermisch zersetzt und teilweise in CO und H2 umgewandelt. Das Gas tritt in die Filterkammer(3) ein, in der die restlichen Kohle- und Aschepartikel über ein Sandbett herausgefiltert werden. Ein Absaugrohr fördert diese Partikel wieder in die Brennkammer(4), wo sie verbrannt werden und zur Energieerzeugung für die Vergasung beitragen. Zusätzlich muss ein vorzugsweise gasförmiger Brennstoff verbrannt werden, beispielsweise ein Teil des erzeugten Gases. Die Heat Pipes(5) transportieren die Wärme in den Vergaser. Dank der hervorragenden Kühlleistung in den Heat Pipes kann die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfinden, was einen bemerkenswerten Vorteil bei der Umsetzung des KWK-Konzepts darstellt.

Funktionsweise der Heat Pipes

Abb. 2 zeigt die Funktionsweise einer Heat Pipe. Ein evakuiertes Rohr wird mit einer geringen Menge eines Arbeitsfluides ( z.B Wasser, für hohe Temperaturen Natrium oder Kalium) gefüllt und dann versiegelt. Ein Ende der Heat Pipe wird beheizt, wodurch das Fluid verdampft. Der Dampf fließt zum kalten Ende und kondensiert dort, worauf das Kondensat wieder zum heissen Ende zurückgeführt wird. Je nach Bauart dient dazu ein anderer Mechanismus. Normalerweise geschieht das durch die Schwerkraft oder Kapillarkräfte. Da die gebundene Wärme der Verdampfung sehr groß ist, können, auch bei geringen Temperaturunterschieden, beträchtliche Mengen an Energie transportiert werden. Die Wärmeleitung hat daher einen hohen Wirkungsgrad, weswegen Heat Pipes hier verwendet werden.