Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung und BHKW

Unter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) versteht man die kombinierte Produktion von Wärme (z.B. für Heizungswärme oder Prozesswärme) und Kraft (d.h. elektrischem Strom). Der Begriff Blockheizkraftwerk (BHKW) bezeichnet die kompakte Bauart von Kraft-Wärme-Kopplungs-Modulen, die mit Verbrennungsmotoren im Leistungsbereich bis 1 MWei betrieben werden.

Prinzip eines BHKW

Bei der zurzeit üblichen getrennten Erzeugung wird i.d.R. Raumwärme dezentral in Heizungsanlagen in den jeweiligen Objekten aus Öl, Gas etc. hergestellt und elektrischer Strom in zentralen Kondensationskraftwerken erzeugt. !n den Kraftwerken wird die Abwärme nach der letzten Kondensationsstufe, z.B. über das Flusswasser, abgeleitet. Der erreichbare Wirkungsgrad liegt bei diesen Kraftwerken bei 36 – 40 %.

Bei modernen öl- oder gasbefeuerten Heizungsanlagen für Wohnhäuser und Gewerbebetriebe liegt der thermische Wirkungsgrad in der Regel in einer Größenordnung von ca. 90 %.

Wenn beim Endverbraucher 34 kWh elektrische Energie und 53 kWh Heizenergie zur Verfügung stehen sollen, müssen bei einer getrennten Erzeugung von elektrischer Energie und Heizenergie insgesamt 159 kWh Primärenergie in Form von Gas oder Öl eingesetzt werden.

Prinzip - BHKW

Vergleich zwischen konventioneller getrennter Erzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung im BHKW

Wird dagegen die gesamte benötigte Nutzenergie (Strom und Raumwärme) durch ein BHKW in der Nähe des Endverbrauchers erzeugt, ergibt sich ein anderes Bild. Bei einem BHKW (z.B. mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 35 % sowie einem thermischen Wirkungsgrad von 55 %) genügt für dieselbe Energiemenge beim Endverbraucher ein Primärenergieeinsatz von 100 kWh Gas oder Öl.

Technischer Aufbau eines BHKW

Die wichtigsten Komponenten eines BHKWs bilden der Motor, der Generator und die Wärmetauscher. Dazu kommen noch Komponenten wie Schutz-, Meß- und Steuerungseinrichtungen, Schallschutz sowie die Anschlüsse an die Hauselektrik, das Warmwassersystem und Abgasleitungen.

Prinzip BHKW

Die Motoren für Klein-BHKWs (Leistungsbereich von 5 bis 100 kWei) basieren auf konventionellen Fahrzeugmotoren. Sie sind aber für diesen speziellen Anwendungsbereich in BHKWs mit dem Ziel einer möglichst langen Lebensdauer (bei relativ wenigen Start-/Stop-Vorgängen) weiterentwickelt worden. Hersteller garantieren üblicherweise ca. 40.000 Betriebsstunden für einen Motor - in der Praxis laufen aber bereits Klein-BHKW-Motoren mit über 50.000 Betriebsstunden.

Dimensionierung

Für die richtige Dimensionierung eines BHKWs ist es entscheidend, BHKW, Steuerung und Heizungsanlage so aufeinander abzustimmen, dass ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage möglich ist. Dabei sind drei Kriterien vorrangig zu beachten:

	Die beim BHKW-Betrieb entstehende Wärme sollte weitestgehend genutzt werden.
	Das Temperaturniveau des Wärmenutzers (i.d.R. der Heizkreis) und des BHKWs müssen aufeinander abstimmbar sein.
	Es sollte zumindest eine grobe Vorstellung darüber vorliegen, wie die typischen Tagesverläufe des Wärme- und Strombedarfs aussehen.

Für eine Grobauslegung und Abschätzung der Wirtschaftlichkeit genügt es, einige Daten zum Energiebedarf, zu Energiekosten, zur Verbrauchsstruktur und zu einigen Anlagenparametern aufzunehmen. Die folgende Grobdimensionierung basiert auf Erfahrungswerten, die bei vielen ausgeführten Anlagen mit einer außentemperaturabhängigen Steuerung eine optimale Wirtschaftlichkeit ergeben haben. Sie berücksichtigt aber nicht die Jahres- oder tageszeitlichen Verläufe des Wärmebedarfs.

Abhängig von der objektspezifischen Wärme- und Strombedarfsstruktur erfolgt dann die Auslegung und Steuerung der BHKW-Anlage entweder wärmegeführt, d.h. ausgerichtet auf den Bedarf an Heiz- und Prozesswärme (überschüssiger elektrischer Strom fällt aufgrund des objektspezifischen Strombedarfs nicht an oder wird ggf. in das öffentliche Netz eingespeist), stromgeführt, d.h. ausgerichtet auf den Bedarf an Strom (überschüssige Wärme fällt aufgrund des objektspezifischen Wärmebedarfs nicht an oder wird ggf. abgeführt) oder strom-/wärmegeführt, d.h. an einer Bedarfsorientierten Mischung der Parameter des Wärme- und Stromverbrauchs ausgerichtet.

Für die genaue Auslegung eines BHKWs genügt die o.g. Grobauslegung nicht. Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit von BHKW-Anlagen ist üblicherweise Bestandteil der Angebotsplanung für BHKWs und sollte sich an den Vorgaben der VDI 2067 - Teil 7 orientieren.

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