Blockheizkraftwerk

Schema-Blockheizkraftwerk Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) als gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Elektrizität trägt aufgrund des hohen Wirkungsgrades zur Senkung der Energiekosten beim Anwender bei. Sie verringert aber auch die klimarelevanten Emissionen und schont Energieressourcen.

Die entscheidenden Vorteile der Blockheizkraftwerke (BHKW) sind ihr großes Energiesparpotential, verbunden mit einem hohen Maß an Umweltverträglichkeiten in dezentralen Einheiten. BHKW bringen dort den größten ökonomischen und ökologischen Nutzen, wo sie sinnvoll eingesetzt werden. Das primäre Einsatzfeld für BHKW liegt nicht in der flächendeckenden Strom- und Wärmeversorgung von Ballungszentren. Große Kraftwerke und Heizkraftwerke werden hier weiterhin unverzichtbar bleiben. Es gilt jedoch, die vielen technischen und wirtschaftlich sinnvollen Einsatzfälle für BHKW-Anlagen in den verschiedenen Marktsektoren zu erschließen.

Auslegung und Planung von BHKW-Anlagen bedürfen einer professionellen Ausführung durch erfahrene Ingenieure, wenn Fehlinvestitionen vermieden werden sollen. Nachfolgend werden Grundlagen und Rahmenbedingungen der Kraft-Wärme-Kopplung auf der Basis von Verbrennungsmotoren dargestellt. Weiter werden Informationen zu Einsatzmöglichkeiten, Dimensionierung, Umweltschutz und Wirtschaftlichkeit gegeben.

Ein Blockheizkraftwerk besteht aus einer Motor-Generator-Einheit mit zugehörigen Wärmetauschern für die Nutzung der Kühlwasser- und Abgaswärme. Beim Betrieb des BHKW fallen Wärme und Strom immer zeitgleich ("gekoppelt") an. Eine Kesselanlage ergänzt dabei die BHKW-Aggregate.

BHKW Der sinnvolle Anwendungsbereich unter Berücksichtigung der erforderlichen Verfügbarkeit liegt in Objekten mit einem Wärmebedarf von mehr als 1 MW/a und mehr als 4.000 Betriebsstunden im Jahr. Kombinationen mit Wärmerückgewin- nungsanlagen, Wärmepumpen und Kältemaschinen sind möglich und primärenergetisch sehr interessant. Die Einsatzbereiche erstrecken sich insbesondere auf Industrie, Landwirtschaft und Gewerbe, Fertigungsbetriebe, Schwimmbäder, Krankenhäuser, Sportzentren, Therapiezentren, Hotels, Rathäuser, Bundeswehranlagen, Wohnsiedlungen, Hochhäuser, Heime und Schulen. Die Nutzungsgrade werden auf den Heizwert Hu bezogen und betragen, z. B. bei Gasmotoren insgesamt ca. 70 % bis 95 % (davon elektrisch über 30 %, zum Teil mehr als 40 %, und thermisch über 40 %). Je nach Anwendungsfall kann in gewissen Grenzen eine Verschiebung der Energieanteile und der Temperaturbereiche erfolgen.

Das Bild zeigt beispielhaft die Größenordnung der einzelnen Energieflüsse. Demnach werden 90% der Brennstoffenergie genutzt, davon 35% als elektrische Energie und 55% als nutzbare Wärme. Die bei der Energieumwandlung entstehenden Verluste von 10% setzen sich aus Generator-, Strahlungs-, Wärmetauscherverlusten und der nicht genutzten Restwärme des Abgases zusammen. Diese Wärmeanteile lassen sich sehr oft wegen des zu niedrigen Temperaturniveaus in keinem Netz einbinden. Blockheizkraftwerke versorgen direkt einzelne Wärmeschwerpunkte oder übernehmen auch eine Versorgung von Wohngebieten über Nahwärmenetze. Die Investitionen sind neben den Kosten für Betrieb und Wartung sowie den Erlösen für Wärme und Strom entscheidend für die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage. Die Verfügbarkeit der elektrischen Leistung ist ausschlaggebend für die Festlegung des Leistungspreises in der Strombewertung. Hier bietet eine Mehrmodulanlage Vorteile. Beim Einsatz von z. B. sechs kleineren Motoren anstelle eines großen kann man mit einer Verfügbarkeit von n-1 =5 Motoren rechnen. Um diese verfügbare Leistung kann z. B. der elektrische Leistungsbezug beim Vorlieferanten reduziert werden.

Bei Mehrmodulanlagen kann jeder Einzelmotor unter Bestlast, d.h. mit höchstem Wirkungsgrad, betrieben werden. Die Teillastbereiche der Anlage werden durch Abschaltung von einzelnen Motoren oder Motorengruppen abgedeckt. Eine Erweiterung und Anpassung der Anlage für neue Bauabschnitte usw. ist mit der Mehrmotorentechnik leichter durchführbar. Die Montage und Ersatzteilhaltung verbilligt sich wesentlich. Wartungsarbeiten können bei mehreren Motoren in der Regel ohne Verringerung der errechneten Verfügbarkeit durchgeführt werden.