Die MTT Mikro-Gasturbine

Eine Mikro-KWK-Anlage für den Haushalt

Kurzbeschreibung

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine Technologie, mit der der primärenergetische Wirkungsgrad der Energieversorgung von Haushalten durch parallele dezentrale Erzeugung von Heizwärme und elektrischem Strom gesteigert werden kann. Der Gasturbinenprozess zeichnet sich aufgrund des kontinuierlichen Verbrennungsvorgangs durch niedrige Schadstoff- und Geräuschemissionen bei hoher Leistungsdichte und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad aus. Daher ist er dazu geeignet, eine bedarfsgerechte Strom und Wärmeerzeugung in Mikro-KWK-Anlagen sicherzustellen.

Von besonderem Interesse ist derzeit der Einsatz von KWK-Anlagen bei Kleinverbrauchern in Einfamilienhaushalten. Der elektrische Energiebedarf eines Haushaltes (2 kWel bis 3 kWel) kann parallel zum Wärmebedarf mit Hilfe einer Mikrogasturbine abgedeckt werden.

 

Arbeitsziele des Projekts

Um das Marktpotenzial der bisher überwiegend auf Erdgas als Energieträger basierenden Mikro-KWK-Anlagen zu vergrößern, entwickelt das Oel-Waerme-Institut (OWI) ein Verbrennungssystem für flüssige Brennstoffe, wie zum Beispiel (Bio-) Heizöl, in Mikrogasturbinen. Die geplante Mikro-KWK-Anlage erzeugt zirka 3 kW elektrische und 14 kW thermische Leistung und kann so den Eigenbedarf an Strom und Wärme eines Einfamilienhauses weitgehend decken. Das OWI ist dabei eingebunden in ein europäisches Konsortium aus Unternehmen und Forschungsinstituten, das diese neue Variante auf der Basis eines bestehenden Mikrogasturbinen-Demonstrators der niederländischen Firma Micro Turbine Technology B.V. (MTT) zur Serienreife bringen will. Aus der Fertigung und dem Betrieb eines mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Demonstrators sollen die notwendigen Erkenntnisse zum Erreichen der Serienreife gewonnen werden. Die beteiligten Unternehmen werden dadurch in die Lage versetzt, ein solches Mikro-KWK-System zeitnah auf dem Markt zu etablieren. Der Einsatz marktgängiger Komponenten schafft im Gegensatz zu anderen Mikro-KWK-Systemen einen wirtschaftlichen Wettbewerbsvorteil, da diese Standardkomponenten aus anderen Bereichen übernommen werden können.

 

Arbeitsaufgaben OWI

Das Oel-Waerme-Institut ist innerhalb des Konsortiums für die Auslegung und Untersuchung des Verbrennungssystems für flüssige Brennstoffe verantwortlich und soll folgende Teilziele für das Vorhaben erreichen:

  • Auslegung und Entwicklung des Verbrennungssystems zur Nutzung flüssiger Energieträger
  • Simulation des Wärme- und Stofftransports in der Brennkammer mittels CFD
  • Konstruktion und Fertigung eines modularen Verbrennungssystems zur flexiblen Integration in das Mikro-KWK-System
  • Untersuchung des Betriebsbereichs (Flammenstabilität, Zündfähigkeit) des Verbrennungssystems für flüssige Energieträger unter Druck
  • Untersuchung der dynamischen Verbrennungsvorgänge (Start, Lastwechsel und Abschalten)
  • Integration des Verbrennungssystems in das Mikro-KWK-System
  • Steuerungstechnische Abstimmung der Einzelkomponenten
  • Entwicklung und Validierung eines dynamischen Simulationsmodells zur modellbasierten Regelung des gesamten Mikrogasturbinenprozesses
  • Nachweis des stabilen Betriebsverhaltens des Mikro-KWK-Systems
  • Untersuchung verschiedener flüssiger Energieträger im Gesamtsystem

 

Durchführende Forschungsstellen

  • MTT (Niederlande, Turbinenentwicklung und Systemintegration)
  • TU Eindhoven (Niederlande, Brennerentwicklung gasförmige Energieträger)
  • OWI (Deutschland, Brennerentwicklung flüssige Energieträger)
  • Hiflux (Großbritannien, Entwicklung Rekuperator)
  • ACTE (Belgien, Entwicklung Rekuperator)
  • ProDrive (Niederlande, Elektronikentwicklung)
  • Polidoro (Italien, Brennkammerfertigung)

 

Projektförderung

Mit dem Konzept der ölbetriebenen Mikrogasturbine konnte das Konsortium im Förderprogramm „eurostars“ der europä­ischen Forschungsinitiative EUREKA in einem EU-weiten Auswahlprozess überzeugen und Fördermittel erfolgreich einwerben.

 

Projektlaufzeit

März 2012 bis September 2014