Strom und Wärme aus einem Gerät: die Funktionsweise von KWK-Anlagen
Die Hauptkomponenten von KWK-Anlagen und Blockheizkraftwerken (BHKW) sind:
- Gasmotor oder (bei speziellen Anwendungen in der Industrie) Gasturbine
- Generator zur Stromerzeugung
- Wärmeüberträger zur Auskopplung der Wärme
Darüber hinaus enthalten BHKW, egal ob Mini-Blockheizkraftwerke oder größere Anlagen, noch weitere Komponenten, zum Beispiel Steuerungs- und Regelungseinrichtungen, Katalysatoren zur Reduzierung der Schadstoffemissionen, Zu- und Ablufteinrichtungen oder Schallschutzeinrichtungen.
KWK-Anlagen werden unterschiedlich angetrieben. Neben Ottomotoren werden im Gewerbe hauptsächlich BHKW mit Gasturbinen eingesetzt.
Blockheizkraftwerke im Überblick
- Elektrische Leistung: < 1 kW
- Einsatz: Ein- und Zweifamilienhäuser
- Elektrische Leistung: 1–2 kW
- Einsatz: Ein- und Zweifamilienhäuser
- Elektrische Leistung: 2–20 kW
- Einsatz: Ein- und Mehrfamilienhäuser, Gewerbe
- Elektrische Leistung: 20–50 kW
- Einsatz: Mehrfamilienhäuser, Wohnblocks, Gewerbe
- Elektrische Leistung: 50 kW–1 MW
- Einsatz: Wohnblocks, Gewerbe, Industrie, Verwaltungsgebäude
- Elektrische Leistung: 1–10 MW
- Einsatz: Quartiere, Stadtviertel, Industrie
Ottomotor in KWK-Anlagen
Ottomotoren kennt man als Antrieb für Autos oder Schiffe. In einem Blockheizkraftwerk treibt der Motor statt eines Fahrzeugs einen elektrischen Generator an. Die dabei anfallende Abwärme der Abgase (400 bis 600 °C), des Motors, Kühlwassers, der Schmiermittel (80 bis 90 °C) und die Generatorabwärme können über einen oder mehrere Wärmetauscher zu Heizzwecken genutzt werden. Derartige Anlagen benötigen eine Rücklauftemperatur der Heizung von unter 70 °C.
Zur Luftreinhaltung werden die Aggregate häufig mit einem Drei-Wege-Katalysator ausgestattet. Der vom Generator erzeugte Strom wird bevorzugt im eigenen Objekt verwendet und ersetzt somit den Strombezug aus der externen Versorgung. Somit kann sich ein Unternehmen mit einer KWK-Anlage auch ein Stück weit unabhängig von der Entwicklung der Strompreise machen. Eventuell anfallende Stromüberschüsse werden in das allgemeine Stromnetz eingespeist und von den Netzbetreibern zu den gesetzlich festgelegten Preisen vergütet.
Blockheizkraftwerke werden im Leistungsbereich zwischen 1 kWel bis 20.000 kWel angeboten. Die thermische Leistung ist in der Regel dreimal so hoch.
BHKW mit Gasturbine
In großen Gaskraftwerken sind Gasturbinen für die Erzeugung elektrischer Energie zuständig, die dabei entstehende Wärme wird abgekoppelt und zum Beispiel in Nah- oder Fernwärmenetze eingespeist. In BHKW-Anlagen mit Gasturbinen wird dieses Prinzip ebenfalls angewendet, nur eben in kleinerem Maßstab. In der Turbine wird Luft verdichtet, in der Brennkammer mit Erdgas vermischt und dann gezündet. Das bei der Verbrennung entstehende Heißgas entspannt im nachfolgenden Turbinenteil, wodurch kinetische Energie freigesetzt und auf eine Welle übertragen wird.
Brennstoffzellen
Brennstoffzellen zählen ebenfalls zu den KWK-Technologien, auch wenn sie streng genommen nicht nach dem KWK-Prinzip arbeiten: Die innovativen Geräte erzeugen Strom auf direktem Weg durch einen elektrochemischen Prozess und nicht über den "Umweg" der Erzeugung kinetischer Energie zur Stromproduktion wie in klassischen KWK-Anlagen.
Bei diesem Prozess entsteht Wärme, die zur Raumbeheizung, für die Trinkwassererwärmung oder auch als Prozesswärme genutzt werden kann. Brennstoffzellen für Einfamilienhäuser werden derzeit in den Markt eingeführt, sie kommen aber auch schon in Gewerbebetrieben zum Einsatz. Brennstoffzellen überzeugen durch ihre hohe Zuverlässigkeit und sehr günstige Verbrauchskosten.
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