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Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelte das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden.

Das Projektteam simulierte zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wurde ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrierten die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kam der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Das Ergebnis des Projekts zeigte, dass damit der elektrische Wirkungsgrad des BHKWs um etwa 3 % gesteigert kann. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen.

Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt:

  • Thermoelektrische Module zur Abwärmeverstromung sind verfügbar und einsatzbereit für Anwendungen
  • Thermoelektrische Module haben ein hohes TRL-Level erreicht und es waren während des Testbetriebs in der realen Anwendung keine Alterungseffekte ersichtlich. Ein Betrieb über 1000 h konnte ohne technische Probleme und ohne Leistungsreduktion nachgewiesen werden.
  • Systemintegrationskonzept von thermoelektrischen Modulen in Anwendungen ist entscheidend für Wirkungsgrad und RoI.

Die Erkenntnisse und Erfahrungen aus diesem Projekt haben zu einem neuen Innovationsfonds Antrag geführt, zu einem Projekt mit dem Anwendungsfall der Nutzung von thermoelektrischen Elementen, für die Versorgung von Regelungseinheiten für eine effizientere Feststoffverbrennung. Wie es beispielsweise bei Stückholzkaminen der Fall ist. Damit können solche Feuerungsanlagen ohne Stromanschluss nachgerüstet und der Ausstoß von Schadstoffen verringert werden.

Projektdaten

Projektnummer 2014-07
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik
Laufzeit Mai 2014 bis April 2020
Zuschuss 245.220

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

seismische Datenoptimierung
Neuried

Neubewertung seismischer Daten

Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau beim RP Freiburg (LGRB) und die Gemeinde Neuried erstellten gemeinsam eine Projektstudie Tiefe Geothermie (Hydrogeothermie) über die Optimierung geophysikalischer Untersuchungen am Beispiel Neuried durchzuführen. Hierbei wurden bereits vorliegende Daten aus Untersuchungen der 70-er und 80-er Jahren neu ausgewertet und mittels neuer Messungen deren Eignung für die Planung oder als Ersatz für neue Untersuchungen getestet. Das LGRB erstellte eine Übersicht der im Archiv vorhandenen älteren seismischen Messungen und erarbeitete eine Empfehlung für Kommunen im badenova-Marktgebiet, wie diese das Thema seismischer Untergrunderkundung sinnvoll angehen können und welche Unterstützung des LGRB hierbei anbieten kann. Alte geographische Untersuchungsdaten und Analysen, die für Geothermieprojekte relevant sein könnten, gibt es vielerorts. Inwieweit sie sich aber dafür eignen, aktuelle Projekte zu planen ist unsicher. Um das herauszufinden verglich die Gemeinde Neuried zusammen mit dem Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau beim Regierungspräsidium Freiburg (LGRB) verglich alte Daten aus den 70er und 80er Jahren mit neuen Untersuchungen. Anschließend erarbeiteten sie einen Leitfaden, der es zusammen mit einer Übersicht anderen Kommunen erlaubt, ähnliche Daten in ihre Geothermieprojekte mit einzubeziehen. Das Projekt kann Gemeinden die ohnehin schon kostenintensiven Analysen etwas erleichtern. In Neuried half es dabei, Informationen zu sammeln für das geplante Geothermiekraftwerk auf dem Erlaubnisfeld Neuried-Ichenheim, dass auf heißes Wasser in mehreren Tausend Metern Tiefe angewiesen ist.

Sonne, Stroh & Sterne - Strohballenhaus als Schulungszentrum
Weil am Rhein

Sonne, Stroh & Sterne - Strohballenhaus als Schulungszentrum

Strohballenhäuser haben eine lange Tradition, gerieten aber in den letzten Jahrzehnten in Vergessenheit. Dabei haben Strohballen als Bau- und Dämmmaterial großes Potential. Sie sind nachhaltig in Produktion und Beseitigung, sehr feuerfest und haben hohe Dämmwerte. Deshalb erarbeitete der Verein „Stroh + Paille + Paglia“ zusammen mit der Stadt Weil am Rhein eine Machbarkeitsstudie für ein neues Seminargebäude in Strohballenbauart für das Trinationalen Umweltzentrum TRUZ, das bisher auf zwei Standorte verteilt ist. Das neue Gebäude soll auf dem Dreiländergarten, dem Gelände der Landesgartenschau Weil 1999, entstehen, und Platz für Veranstaltungen in der Umweltbildung sowie die monatlich vom TRUZ angebotene Energieberatung bieten. Die Studie vergleicht unter anderem verschiedene Gebäudeformen und Raumkonzepte, untersucht wie sich eine möglichst hohe Versorgungsautonomie, z.B. mit Solarenergie erreichen lässt, überprüft die baurechtlichen Vorgaben und erstellt einen Kostenplan. Außerdem wurde geprüft, welche nachhaltigen Baustoffe neben dem Stroh regional gewonnen werden können. Ein Öffentlichkeitskonzept für Besucher ist ebenfalls Teil der Studie. Hier helfen die Erfahrungen des Vereins „Stroh + Paille + Paglia“, in dem sich Fachleute aus Deutschland und der Schweiz für den Einsatz nachhaltiger Baumaterialien wie Strohballen engagieren. Bisher gibt es in Südbaden noch kein vergleichbares Haus in Strohballenbauweise. Wenn die Machbarkeitsstudie positiv ausfällt, wäre der Weg für ein solches Haus geebnet. Gleichzeitig bietet die Studie einen Erkenntnisgewinn über das geplante Seminargebäude hinaus und zeigt die Potentiale von Strohmaterialien als Dämmmaterial für kleinere Gebäude wie Einfamilienhäuser. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: 1. Die Form: Durch einen dem Standort angepassten Planungsprozess bezüglich Einfallswinkel der Sonne und Ausrichtung des Gebäudes werden die Vorteile des Heliodome-Modells optimal genutzt. Obwohl der Entwurf des Herrn Eric Wasser als absolut innovativ bezeichnet werden kann, sind wir im Stande, aus bereits gebauten Heliodomen die Sicherheit der Funktionalität des Entwurfes zu bestätigen. Somit sind wir sicher, dass das Heliodome hält, was es verspricht, was auch durch externe Berechnungen bestätigt wurde. 2 .Der Energiespeicher: Die Idee des Heliodomes benötigt für das Winterhalbjahr eine maximale Speicherkapazität für die einfallende Sonnenwärme. Hier kommen aus Strohballen gefertigte Dämmungen für die Aussenwände und gehäckseltes Stroh für die Dachdämmung ins Spiel. Die Recherchen haben ergeben, dass der Rohstoff Stroh in ausreichendem Maße regional für bis zu 400 000 EFHs pro Jahr verfügbar ist, was den Bedarf bei weitem übersteigt. Durch den Fachverband FASBA wurden in den vergangenen Jahren sämtliche erforderlichen Prüfungen und Genehmigungsverfahren für den Baustoff Stroh veranlasst, sodass der Anwendung, auch in Deutschland, nichts im Wege steht. 3. Das Signal: Auf Grund des Standortes, des geplanten Gebäudes und der trinationalen Vernetzung des TRUZ kann dieses Projekt eine maximale Bekanntheit im Dreiländereck und darüber hinaus erlangen. Auch die unmittelbare Nachbarschaft zum sog. "Hadid-Bau" wird dafür sorgen, dass viele Menschen auf dieses äußerst innovative Gebäude aufmerksam werden. Somit bleibt zu wünschen, dass das Heliodome hier seinen Platz findet, als Inspiration für eine Klimaverträgliche Wende im Bauwesen.