BHKW- Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
Der Betrieb der BHKW wird am lokalen Wärmebedarf ausgerichtet, d.h. sie werden wärmegeführt gefahren. Die erzeugte elektrische Energie wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
Die Netzregelung muss von anderen Kraftwerken übernommen werden. Für die Wirtschaftlichkeit von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ist der Wärmelastgang entscheidend. Generell wird im Sommer der Wärmebedarf geringer sein, so dass die Betriebszeiten der BHKW für Wirtschaftlichkeit zu gering sein können.
Die Netzregelung muss von anderen Kraftwerken übernommen werden. Für die Wirtschaftlichkeit von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ist der Wärmelastgang entscheidend. Generell wird im Sommer der Wärmebedarf geringer sein, so dass die Betriebszeiten der BHKW für Wirtschaftlichkeit zu gering sein können.
Eine sorgfältige Dimensionierung der BHKW ist unumgänglich.
In chemischen und verfahrenstechnischen Unternehmen, bei denen gleichzeitig Bedarf für
Wärme und elektrischen Strom besteht, wird die Kraft-Wärme-Kopplung schon lange genutzt.
Bei industriellen Prozessen ist der zeitliche Verlauf des Wärmebedarfs vorhersehbar und die
Wirtschaftlichkeit besser kalkulierbar. Für manche Anwendungen sind Kraft-Wärme-Kälte-
Verbundanlagen realisiert, die Absorptionskälteanlagen einsetzen.
In chemischen und verfahrenstechnischen Unternehmen, bei denen gleichzeitig Bedarf für
Wärme und elektrischen Strom besteht, wird die Kraft-Wärme-Kopplung schon lange genutzt.
Bei industriellen Prozessen ist der zeitliche Verlauf des Wärmebedarfs vorhersehbar und die
Wirtschaftlichkeit besser kalkulierbar. Für manche Anwendungen sind Kraft-Wärme-Kälte-
Verbundanlagen realisiert, die Absorptionskälteanlagen einsetzen.
Die thermischen Wirkungsgrade von Kraftwerken zur Stromerzeugung sind relativ gering.
Beispielsweise erreichen moderne Kohlekraftwerke heute bis etwa 45 %, Gasturbinen maximal
40 % und Diesel-Motoren nicht über 50 %. Kombinations-Kraftwerke, Gas- und Dampfturbinen-
Prozesse können an die 60 % thermischer Wirkungsgrad bei der Umwandlung der zugeführten
Wärme in mechanische bzw. elektrische Energie erzielen. Ein ähnlich hoher Wert wird
in Zukunft von den Brennstoffzellen erwartet. Der nicht in Arbeit umgewandelte Anteil der
zugeführten Wärme fällt als Abwärme an und geht ungenutzt in die Umgebung. Ein Teil dieser
Abwärme lässt sich durch entsprechende Installationen bei allen Kraftwerksprozessen zur
Wassererwärmung oder zur Dampferzeugung für industrielle Zwecke nutzen. Für Heizzwecke
genügt eine Temperatur der Abwärme von 60 °C bis 80 °C, während die Erzeugung von
Industriedampf deutlich höhere Temperaturen voraussetzt.
Beispielsweise erreichen moderne Kohlekraftwerke heute bis etwa 45 %, Gasturbinen maximal
40 % und Diesel-Motoren nicht über 50 %. Kombinations-Kraftwerke, Gas- und Dampfturbinen-
Prozesse können an die 60 % thermischer Wirkungsgrad bei der Umwandlung der zugeführten
Wärme in mechanische bzw. elektrische Energie erzielen. Ein ähnlich hoher Wert wird
in Zukunft von den Brennstoffzellen erwartet. Der nicht in Arbeit umgewandelte Anteil der
zugeführten Wärme fällt als Abwärme an und geht ungenutzt in die Umgebung. Ein Teil dieser
Abwärme lässt sich durch entsprechende Installationen bei allen Kraftwerksprozessen zur
Wassererwärmung oder zur Dampferzeugung für industrielle Zwecke nutzen. Für Heizzwecke
genügt eine Temperatur der Abwärme von 60 °C bis 80 °C, während die Erzeugung von
Industriedampf deutlich höhere Temperaturen voraussetzt.
Der Brennstoffnutzungsgrad ist zur Beurteilung der Güte einer Anlage nicht geeignet. Die
Stromzahl S ist eine notwendige zusätzliche Kenngröße, um eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage ausreichend zu beschreiben.
Stromzahl S ist eine notwendige zusätzliche Kenngröße, um eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage ausreichend zu beschreiben.
Auch bei Kolbenkraftmaschinen ist die Temperatur des Abgases mit über 500 °C für eine
direkte Wärmeauskopplung oder Dampferzeugung mittels Abhitzekessel ausreichend. Einen
noch größeren Abwärmeanteil erbringt die interne Zylinder- und Motorblockkühlung. Im Allgemeinen wird der Massenstrom des Kühlwassers so geregelt, dass dessen Temperatur am
Kühlerauslass etwa 90 °C beträgt, weshalb es direkt zu Heizzwecken geeignet ist. Der Wärmeübertrager ist kostengünstig, da das wärmeauf- und -abgebende Fluid flüssiges Wasser ist.
direkte Wärmeauskopplung oder Dampferzeugung mittels Abhitzekessel ausreichend. Einen
noch größeren Abwärmeanteil erbringt die interne Zylinder- und Motorblockkühlung. Im Allgemeinen wird der Massenstrom des Kühlwassers so geregelt, dass dessen Temperatur am
Kühlerauslass etwa 90 °C beträgt, weshalb es direkt zu Heizzwecken geeignet ist. Der Wärmeübertrager ist kostengünstig, da das wärmeauf- und -abgebende Fluid flüssiges Wasser ist.
Der Wärmestrom des Kühlwassers übersteigt den des Abgases, wie für einen Gasmotor
zeigt. Der Ölkühler lässt sich durch einen weiteren flüssig-flüssig Wärmeübertrager
nutzen. Große Generatoren haben Wirkungsgrade um 95 %, was wenig zur Abwärme beiträgt.
Der Wirkungsgrad sehr kleiner Generatoren ist allerdings geringer, so dass das Generatorkühlwasser durchaus noch als Nutzwärme Verwendung finden kann. Nur das Abgas hat das Temperaturniveau, um mittels Abhitzekessel Dampf für industrielle Zwecke zu erzeugen, während das Kühlwasser für Brauchwasser und Raumheizung beschränkt bleibt. Das Kühlwasser gibt seine Wärme üblicherweise in einem einfachen Gegenstrom-Wärmeübertrager an das Brauchwasser ab.
zeigt. Der Ölkühler lässt sich durch einen weiteren flüssig-flüssig Wärmeübertrager
nutzen. Große Generatoren haben Wirkungsgrade um 95 %, was wenig zur Abwärme beiträgt.
Der Wirkungsgrad sehr kleiner Generatoren ist allerdings geringer, so dass das Generatorkühlwasser durchaus noch als Nutzwärme Verwendung finden kann. Nur das Abgas hat das Temperaturniveau, um mittels Abhitzekessel Dampf für industrielle Zwecke zu erzeugen, während das Kühlwasser für Brauchwasser und Raumheizung beschränkt bleibt. Das Kühlwasser gibt seine Wärme üblicherweise in einem einfachen Gegenstrom-Wärmeübertrager an das Brauchwasser ab.
Übliche BHKW-Motoren, meist mit Erdgas betrieben, werden im Leistungsbereich zwischen
5 kWel und 1 MWel angeboten, wobei der nutzbare Abwärmeanteil entsprechend des thermischen Wirkungsgrades, der bei sehr kleinen Motoren geringer ist, zwischen 12,5 kWth und 1,3 MWth liegt. BHKW größerer Leistung basieren auf Konstruktionen von Schiffsdieselmotoren.
5 kWel und 1 MWel angeboten, wobei der nutzbare Abwärmeanteil entsprechend des thermischen Wirkungsgrades, der bei sehr kleinen Motoren geringer ist, zwischen 12,5 kWth und 1,3 MWth liegt. BHKW größerer Leistung basieren auf Konstruktionen von Schiffsdieselmotoren.
Die Förderung über das Erneuerbare Energiegesetz EEG und das Kraft-Wärme-
Kopplungsgesetz macht Pflanzenöle als Kraftstoffe für Dieselmotoren-BHKW wirtschaftlich
attraktiv, insbesondere wenn das preiswerte Palmöl genutzt wird. Die Dieselmotoren benötigen
hierzu jedoch Modifikationen zur Aufwärmung des Pflanzenöls (Viskositätsreduzierung) vor
dem Einspritzsystem. Für Leistungen über 1 MWel werden wegen den Kosten und des Platzbedarfs kleine Gasturbinen bevorzugt. Zuverlässige Stirling-Motoren sind erst seit kurzem als Aggregate für BHKW erhältlich
Kopplungsgesetz macht Pflanzenöle als Kraftstoffe für Dieselmotoren-BHKW wirtschaftlich
attraktiv, insbesondere wenn das preiswerte Palmöl genutzt wird. Die Dieselmotoren benötigen
hierzu jedoch Modifikationen zur Aufwärmung des Pflanzenöls (Viskositätsreduzierung) vor
dem Einspritzsystem. Für Leistungen über 1 MWel werden wegen den Kosten und des Platzbedarfs kleine Gasturbinen bevorzugt. Zuverlässige Stirling-Motoren sind erst seit kurzem als Aggregate für BHKW erhältlich
Brennstoffzellen sind eine Alternative zu thermischen Anlagen der Stromerzeugung. Je nach
Technik als Nieder-, Mittel- oder Hochtemperaturzelle, mit oder ohne vorgeschalteten Reformer,
fällt Abwärme unterschiedlich hoher Temperatur an. Wärmeträger ist das die Zelle verlassende
warme Kühlwasser, die Produktgase oder das Reformergas-Kühlwasser. Für eine
industrielle Dampferzeugung sind nur Hochtemperaturzellen geeignet .
Technik als Nieder-, Mittel- oder Hochtemperaturzelle, mit oder ohne vorgeschalteten Reformer,
fällt Abwärme unterschiedlich hoher Temperatur an. Wärmeträger ist das die Zelle verlassende
warme Kühlwasser, die Produktgase oder das Reformergas-Kühlwasser. Für eine
industrielle Dampferzeugung sind nur Hochtemperaturzellen geeignet .
Die Abgase hoher Temperatur und hohen Druckes der Hochtemperatur-Brennstoffzelle können
sogar zum Betrieb einer Gasturbine verwandt werden. Pilotanlagen sind derzeit in Vorbereitung.
Kraft-Wärme-Kopplung ist ebenso bei einigen regenerativen und unerschöpflichen Energiequellen möglich, z.B. bei der Geothermie und bei der Nutzung biologisch generierter gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe.
sogar zum Betrieb einer Gasturbine verwandt werden. Pilotanlagen sind derzeit in Vorbereitung.
Kraft-Wärme-Kopplung ist ebenso bei einigen regenerativen und unerschöpflichen Energiequellen möglich, z.B. bei der Geothermie und bei der Nutzung biologisch generierter gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe.
Bei solaren Kraftwerken mittels thermodynamischem Prozess ist die Wärme- oder Dampfauskopplung möglich, doch meist fehlt es in den entsprechenden Breitengraden an Wärmeverbrauchern.
Bei industriellen Prozessen, die Kühlstrecken benötigen oder bei denen Abwärme mit hoher
Temperatur anfällt, wird die prozessinterne Wärmerückgewinnung oder Wärmenutzung dann
angewandt, wenn sie wirtschaftlich oder ökologisch geboten ist. Die Vielfalt der Möglichkeiten
ist groß.
Temperatur anfällt, wird die prozessinterne Wärmerückgewinnung oder Wärmenutzung dann
angewandt, wenn sie wirtschaftlich oder ökologisch geboten ist. Die Vielfalt der Möglichkeiten
ist groß.
© Marc Husmann Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Herausgebers.
