Blockheizkraftwerk und Wärmepumpe, Teil 2: KWK-Systeme bewerten
Bewertungskriterien - Kennzahlen bei Kraft-Wärme-Kopplung
Um ein KWK-System bewerten zu können, sind Kennzahlen unabdinglich. Wichtige Kenndaten zur Beschreibung der Energieausnutzung der Kraft-Wärme-Kopplung sind folgende:
Über die Stromausbeute/elektrischen Wirkungsgrad kann dann der Gasverbrauch ermittelt werden.
Pel elektrische Arbeit QB Primärenergie Brennstoff QN Nutzwärme
Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich aus dem Wirkungsgrad der elektrischen und der thermischen Energieerzeugung zusammen. Dabei wird die genutzte Energie aus dem Gas in Relation zur erzeugten Energie gesetzt.
Unterscheidungsmerkmale von Blockheizkraftwerken
BHKWs haben mehrere verschiedene Unterscheidungsmerkmale. Der Brennstoff ist hier ein wichtiger Punkt. Ein weiteres Kriterium ist die elektrische Leistung und somit auch indirekt die mögliche thermische Leistung. Außerdem gibt es unterschiedliche Motorkonfigurationen, dies liegt aber im Verantwortungsbereich des Herstellers.
Brennstoffwahl – Readyness für H2 wird immer öfter nachgefragt
Als Brennstoffe dienen Erdgas, Heizöl und alternative Brennstoffe wie Biogas, Klärgas oder Deponiegas. Aufgrund des Wandels in der Energie- und Umweltpolitik sind zukunftsfähige BHKWs wasserstoff-fähig. Anlagen im Bestand können im Normalfall bis zu einem Anteil von 40% mit H2 in der Standard-Erdgaskonfiguration betrieben werden. Für Betrieb mit 100% Wasserstoff ist bei führenden Herstellern eine Umrüstung mit geringem Zeitaufwand und einer Investition von ca. 10-15% des Modulpreises möglich. Die mit grünem Wasserstoff erzeugte Wärme und der Strom werden dann als regenerativ angesehen.
Im Rahmen der fortschreitenden Energiewende ruhen große Hoffnungen auf Wasserstoff als komplett klimaneutralem Energieträger. Dieser wird zum Beispiel aus überschüssigem Wind- und Sonnenstrom gewonnen oder muss importiert werden. Am 24.7.2024 hat die Bundesregierung die „Importstrategie für Wasserstoff und Wasserstoffderivate“ veröffentlicht. Nur einen Tag davor legten die Fernleitungsnetzbetreiber Gas (FNB Gas) der Bundesregierung Pläne für den Aufbau eines Wasserstoff-Kernnetzes vor. Bis 2032 sollen Verbrauchs- und Erzeugungsschwerpunkte, Speicher und Importpunkte miteinander verbunden sein. Die Investitionssumme hierfür wird mit knapp 20 Mrd. Euro angegeben.
Unterscheidung nach elektrischer Leistung
Je nach elektrischer Leistung könnne KWK-Anlagen allgemein wie folgt unterteilt werden. Diese Eingruppierung kann jedoch auch von Unternehmen zu Unternehmen schwanken.
- Mikro-KWK (< 2kWel )
- Mini-KWK (2-50 kWel, oder
- Klein-KWK (50 kWel bis 2 MWel)
- Groß-KWK (ab 2 MWel.)
Motorenkonfiguration: Fokus auf elektrischen oder thermischen Wirkungsgrad
Das Herz der KWK-Module ist der Motor samt mechanischem Antrieb und der Generator zur Stromerzeugung. Als Motoren sind häufig der turboaufgeladene Magermotor und der schwachaufgeladene Lambda 1 Motor vorzufinden. Jede Bauart hat je nach Anwendung ihre Stärken.
Der Turbomotor hat einen höheren elektrischen Wirkungsgrad, somit kann ein höherer Anteil el/th erzielt werden. Allerdings erfordert diese Bauart in der Regel eine Abgasnachbehandlung (SCR-Katalysator), um die Stickoxide in Stickstoff und Wasser zu wandeln. Für die Umsetzung dieser selektiven katalytischen Reduktion erhöhen sich die Investitionskosten des Aggregates.
Im Gegensatz hierzu ist beim Lambda 1 Motor ein höherer thermischer Wirkungsgrad festzustellen, durch Installation eines 3-Wege-Mischers wird das im Verbrennungsprozess anfallende CO/NOx Gemisch neutralisiert. Eine sauberere Verbrennung ist die Folge.
Zudem wird der elektrische Wirkungsgrad bei größeren Motoren tendenziell immer größer. Dies liegt darin begründet, dass die vorhandene Reibleistung bei der Verbrennung im Motor bei kleineren Motoren relativ gesehen stärker durchschlägt als bei Motoren mit größeren Brennräumen/Hubräumen. Die Auswahl des passenden Motors ist daher in hohem Maße abhängig vom Anwendungsfall und welches Betriebskonzept (technisch/betriebswirtschaftlich) dahintersteckt. Entsprechend ist der Betreiber gefordert, den Planer bzw. Hersteller schon bei der Projektplanung zu involvieren und mit den notwendigen Informationen zu versorgen.
Die Motorwärme wird über einen Kühlwasserwärmetauscher und anschließend einen Abgaswärmetauscher an den Heizkreislauf übertragen. Das erwärmte Wasser kann für Heizzwecke, aber auch für Trocknung, Dampferzeugung, Lufterwärmung, Antrieb von Absorptionskältemaschinen u.A. eingesetzt werden.
