Kurzbeschreibung
Die ambitionierte Energie- und Klimastrategie der Bundesregierung sieht 100% erneuerbare Energieerzeugung bis zum Jahr 2030 und die Dekarbonisierung bis 2050 vor. Um dieses Ziel zu erreichen ist die Transformation der Energieerzeugung von zentralen zu dezentralen Strukturen, gekoppelt durch das Smart Grid notwendig. Holzgas stellt eine beachtenswerte, regenerative Energiequelle dar, welche zurzeit aufgrund u.a. des Entwicklungsstandes der Holzgas-BHKW-Anlagen noch nicht ausreichend genutzt wird. Durch stetige Entwicklung gilt es den elektrischen Wirkungsgrad und somit die Rentabilität der Anlage und Attraktivität für Investoren und Betreiber zu steigern und zur Energie- und Klimastrategie der Bundesregierung beizutragen. Gasmotoren stellen die Kernkomponente eines BHKW dar. Eine optimale Auslegung, gekoppelt mit der Weiterentwicklung sowie Entwicklung neuer Komponenten unter den Gesichtspunkten möglichst niedriger Abgasemissionen und hoher Dauerhaltbarkeit bei maximiertem elektrischen Wirkungsgrad sind also zentral für die Wirtschaftlichkeit, die Marktfähigkeit und weitere Marktdurchdringung der Anlagen und Ziel dieses beantragten Forschungsprojekts. In diesem Forschungsantrag sollen erstmalig Gas-Motor-Module samt Peripherie für den Einsatz von Holzgas ausgelegt, als Modul und Gesamtanlage individuell- und gesamtoptimiert, sowie mit einer intelligenten Motoregelung versehen werden, um somit wirkungsgradoptimierte Bereitstellung von elektrischer Energie und Wärme bei bestmöglicher Brennstoffnutzung, Dauerhaltbarkeit sowie minimierten Emissionen zu ermöglichen. Die Ansatzpunkte, welche in dem zu beantragenden Forschungsprojekt aufgegriffen werden sollen lassen sind in drei Ebenen unterteilen. Auf Motor-Ebene gilt es den Grundmotor sowie die Komponenten für repräsentative Gaszusammensetzungen sowie Betriebszustände auszulegen. Hierbei sind Wirkungsgrad, Abgasemissionen sowie Dauerhaltbarkeit maßgebliche Design-Kriterien. Auf der Betriebsebene ist eine passende Sensorik und Aktorik zu implementieren und mit einer zu entwickeln Motorregelung zu verknüpfen. Dadurch kann der Motorbetrieb bei optimalem Wirkungsgrad erfolgen und das Potential der Motorauslegung bestmöglich genutzt werden. Die globale dritte Ebene betrifft die Gesamtanlage. Hier gilt es die Verbrennungsmotor-Einheiten in die Gesamtanlage sowie „smart“ in das Heiznetz und Smart Grid zu implementieren, um dadurch den Betrieb der Anlage in Abhängigkeit von Strom- und Wärmeabnahme optimal zu gestalten. Das Wärmemanagement der Gesamtanlage ist zu optimieren, um Motorkaltstarts zu vermeiden und die Abgasemissionen weiter zu senken. Des Weiten sind auf Gesamtanlagenebene „Maschine-Mensch-Schnittstellen“ zu entwerfen um eine verbesserte Anlagenüberwachung seitens der Betreiber zu realisieren. Auch ein prädiktives Servicekonzept, was zu gesteigerter Betriebssicherheit und reduzierten Servicekosten führt, ist zu entwickeln.