DE202004020482U1 - Vorrichtung zur Energieversorgung durch thermisch-chemische Vergasung von Biomasse, insbesondere Holz - Google Patents

Vorrichtung zur Energieversorgung durch thermisch-chemische Vergasung von Biomasse, insbesondere Holz Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Energieversorgung durch thermisch-chemische Vergasung von Biomasse, insbesondere Holz, gekennzeichnet durch,
– einen Gasgenerator zur Umsetzung von Biomasse, insbesondere Holz in Gas
– einen Absitzbehälter zur Grobreinigung des Gases
– einen Wärmetauscher und Gaskühler zur Kühlung des Gases und zum Abführen von Nutzwärme
– einen Nachreiniger zur Nachreinigung der Gase
– einem Anfachgebläse zum Starten des thermo-chemischen Vorganges
– einem Gas-Luft-Mischer und Luftfilter zum Erzeugen eines zündfähigen Gas-Luftgemisches
– einem wassergekühlten Gasmotor
– einem Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher
– einem Wärmespeicher mit Versorgungsanschlüssen von Wärmetauscher und Gaskühler, Gasmotor, Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher, Wärmetauscher des Gasgenerators
– Entnahmeanschlüssen für Heizungsanlage und Warmwasserbereitung
– einem Asynchrongenerator
– einem Transformator und Gleichrichter mit Ladekontrolle, die einen Akkumulatorenblock laden
– einem Wechselrichter zur Versorgung der Hauselektroanlage

Description

  • Technisches Anwendungsgebiet
  • Das technische Anwendungsgebiet erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur thermisch-chemischen Vergasung kohlenstoffhaltiger Festbrennstoffe (Biomasse, insbesondere Holz) mit dem Zweck, die im Gasgenerator erzeugten Brenngase zur dauerhaften Versorgung kleinerer Verbraucher (EFH, Bauerhöfe, abgelegene Gasthöfe etc.) mit elektrischer und thermischer Energie zu nutzen.
  • Stand der Technik, Nachteile Stand der Technik
  • Beim Vergasen von Biomassen (wie z.B. Holz) entsteht ein thermisches Nutzgas welches speziell in den 1940er Jahren in Fahrzeugen, unter Anwendung sogenannter HB-Generatoren zu deren Antrieb genutzt wurde.
  • Diese Anlagen eignen sich unter Ausnutzung der KWK (Kraft-Wärme-Kopplung) auch zum Betreiben von Blockheizkraftwerken. Jedoch treten bei kleineren Anlagen (unter 50 kWel) Schwankungen in der Gasversorgung auf, was eine kontinuierliche Einhaltung elektrischer Parameter, insbesondere Spannung, Strom und Frequenz, unmöglich macht. Die Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie durch Holz und Biogasanlagen kann in ausreichender Qualität und Versorgungssicherheit nur durch das Nutzen großer oder netzgekoppelter Anlagen gewährleistet werden. Nachteilig wirkt sich hier auch der Dauerbetrieb des Gasmotors aus, der einen hohen Zeitaufwand für Wartung und Inbetriebhaltung erfordert, auch der Verschleiß an den bewegten Teilen ist unverhältnismäßig hoch.
  • Mit der Erfindung gelöste Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die bekannte Anlage derart zu ergänzen das die Versorgungssicherheit und Qualität der „Nutzenergie" (thermische und elektrische Energie) im ausreichenden Maße auch im reinen Inselbetrieb, für Anlagen unter 50 kW el zur Verfügung gestellt werden kann, wobei der Gasmotor durch Zwischenspeicherung der Energie nicht im Dauerbetrieb laufen muss.
  • Um Beispielsweise ein Gebäude mit einem Jahresbedarf elektrischer Energie von 5000 kWh zu versorgen muss eine Anlage mit 10 kW el durchschnittlich 2 Stunden täglich in Betrieb genommen werden.
    (Zeichnung 1)
  • Grundzüge des Lösungsweges
  • Die Abwärme des Gasgenerators, des Gaskühlers, des Gasmotors und des Abgases wird in einem oder mehreren Wärmespeichern gespeichert, aus dem bzw. aus denen bei Bedarf Wärme für eine Heizungsanlage oder für die Warmwasseraufbereitung entnommen werden kann.
  • Die abgegebene mechanische Energie des Gasmotors wird mit Hilfe eines Generators (vorzugsweise Asynchron) in elektrische umgewandelt, anschließend gleichgerichtet und in Akkumulatoren gespeichert (vorherige Umwandlung in eine geeignete Spannungsebene durch Transformatoren ist möglich) anschließend wird mit Hilfe von Wechselrichtern die elektrische Energie in eine technisch nutzbare Spannungsebene mit konstanten elektrischen Parametern gewandelt (z.B. 230V 50Hz). Dies ermöglicht durch wenige Betriebsstunden des Gasmotors in der Woche die Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer Energie mit konstanten Parametern (insbesondere Spannung, Strom, Frequenz) dauerhaft zu gewährleisten sowie die bestehende Heizungsanlage (Warmwasserbereitung) zu unterstützen bzw. bei geringem Wärmebedarf (Niedrigenergiehaus) die Wärmeversorgung vollständig zu übernehmen.
  • Ausführungsbeispiel
  • Der Gasgenerator (1) ist gefüllt mit Biomasse (z.B. Holz), die in diesem vergast wird. Das Gas gelangt von dort in den Absitzbehälter (3) über den Wärmetauscher und Gaskühler (4) in den Nachreiniger (5),
    von dort über den Gas-Luft-Mischer (16) in den Gasmotor (8).
  • Das gekühlte Gas wird in einem Gasmotor (8) (z.B. modifizierter 1000ccm Otto-Motor) in mechanische und thermische Energie umgewandelt. Der vom Gasmotor (8) angetriebene
    Asynchrongenerator (10)
    liefert einen elektrischen Drehstrom der mit Hilfe eines Transformators (12) auf beispielsweise 24V transformiert wird. Dieser Drehstrom wird gleichgerichtet mittels Gleichrichter mit Ladekontrolle (13) und lädt die Akkumulatoren (14), aus denen mit Hilfe eines Wechselrichters mit Tiefentladungsschutz (15) je nach Bedarf elektrische Energie vom Verbraucher (17) entnommen wird.
  • Die Reaktionswärme des Gasgenerators (1) laden über Wärmetauscher (2), Wärmetauscher und Gaskühler (4), Motorkühlung des Gasmotors (8) und über den Wärmetauscher des Auspuffs mit Schalldämpfer (9) einen Wärmespeicher (11) (z.B.1000 Liter), aus dem bei Bedarf Wärme entnommen werden kann.
  • Bei Wärmetauscher (2), Wärmetauscher und Gaskühler (4) und Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher (9) sind zusätzliche Wasserpumpen zur Wärmeabführung eingebaut.
  • Das Anfachgebläse (6) dient zum Starten des Gasgenerators (1). Die Drosselklappen (a1–a3) dienen der Steuerung der Anlage.
    (Verfahrensschema Zeichnung 2)
  • In Betracht gezogene Veröffentlichungen
    Patentschriften
    DE-OS-100 37 762 A1
  • Fachveröffentlichungen
    • Ing. Werner Kroll, Der Gasgenerator, Verlag G. Kliemt, Nossen i.SA.-Berlin 1943, Seiten 19–29; 33–75
    • Dipl.-Ing. Hugo Buscher, Köln, Kraft durch Gas-Der Imbert-Generator und die technischen Grundlagen des Generators - Einsatz im In- und Ausland, Joh. Kasper & Co., Berlin W 9, Verlag für Kultur, Politik und Witschaft, Sonderdruck aus dem Generatorjahrbuch 1942, Seiten 5 – 15
    • Klaus Heinloth, Die Energiefrage, 2. Auflage, Februar 2003, Vieweg-Verlag, ISBN 3-528-13106-3, Seiten 339–351
    • ETG – Fachbericht 38 Netzanbindung von regenerativen Energiequellen, Vorträge der ETG-Fachtagung am 29. und 30.April 1992 in Dortmund, VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, ISBN 3-8007-1826-x, Seiten 77 – 91
  • Zeichnung 2
    • 1
    Gasgenerator
    2
    Wärmetauscher
    3
    Absitzbehälter
    4
    Wärmetauscher und Gaskühler
    5
    Nachreiniger
    6
    Anfachgebläse
    7
    Luftfilter
    8
    Gasmotor
    9
    Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher
    10
    Asynchrongenerator
    11
    Wärmespeicher
    12
    Transformator
    13
    Gleichrichter mit Ladekontrolle
    14
    Akkumulator
    15
    Wechselrichter mit Tiefentladungsschutz
    16
    Gas-Luftmischer
    17
    Verbraucher
    18
    Heizungsvorlauf
    19
    Heizungsrücklauf
    a1 – a3
    Drosselklappen
    B – E
    Verbindungsrohre mit Wasserpumpe zum Wärmespeicher
    F
    Elektrische Verbindung mit Generator zum Transformator
    →
    Pfeile kennzeichnen die Richtung des Gasstroms

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Energieversorgung durch thermisch-chemische Vergasung von Biomasse, insbesondere Holz, gekennzeichnet durch, – einen Gasgenerator zur Umsetzung von Biomasse, insbesondere Holz in Gas – einen Absitzbehälter zur Grobreinigung des Gases – einen Wärmetauscher und Gaskühler zur Kühlung des Gases und zum Abführen von Nutzwärme – einen Nachreiniger zur Nachreinigung der Gase – einem Anfachgebläse zum Starten des thermo-chemischen Vorganges – einem Gas-Luft-Mischer und Luftfilter zum Erzeugen eines zündfähigen Gas-Luftgemisches – einem wassergekühlten Gasmotor – einem Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher – einem Wärmespeicher mit Versorgungsanschlüssen von Wärmetauscher und Gaskühler, Gasmotor, Auspuff mit Schalldämpfer und Wärmetauscher, Wärmetauscher des Gasgenerators – Entnahmeanschlüssen für Heizungsanlage und Warmwasserbereitung – einem Asynchrongenerator – einem Transformator und Gleichrichter mit Ladekontrolle, die einen Akkumulatorenblock laden – einem Wechselrichter zur Versorgung der Hauselektroanlage
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CH700750A1 (it) * 2009-04-15 2010-10-15 Roberto Gianfrancesco Sistema per la produzione de energia termica.
DE102013100999A1 (de) * 2013-01-31 2014-07-31 Philipp Börner Energieversorgungsanordnung und Verfahren zur schnellen Umschaltung von einem Netzparallelbetriebsmodus in einen Insel-betriebsmodus bei einer Energieversorgungsanordnung

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CH700750A1 (it) * 2009-04-15 2010-10-15 Roberto Gianfrancesco Sistema per la produzione de energia termica.
DE102013100999A1 (de) * 2013-01-31 2014-07-31 Philipp Börner Energieversorgungsanordnung und Verfahren zur schnellen Umschaltung von einem Netzparallelbetriebsmodus in einen Insel-betriebsmodus bei einer Energieversorgungsanordnung

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