Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung stellt eine effiziente Methode dar, durch Einsparung von Primärenergie zur Resourcenschonung, wie verminderte CO2-Emission, beizutragen. Dieser Effekt wird durch einen wesentlich besseren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Kohlekraftwerken erzielt. Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige, umweltfreundliche Erzeugung von Strom und Wärme in einem System. Dabei wird die thermische Energie (Motor- und Abgasabwärme) für Heizzwecke oder als Prozeßwärme genutzt. Der dezentrale Einsatz von KWK-Anlagen erfordert einen optimalen Verbrauch der erzeugten thermischen Energie am Standort. Der produzierte Strom wird zur Deckung des Eigenenergieverbrauches genutzt. Überschüsse werden in das öffentliche Netz eingespeist. Der Gesamtwirkunggrad der KWK-Anlagen liegen bei 90% (35% bis 40% elektrisch und über 50% thermisch).     Es gibt zwei technologische Systeme von KWK-Anlagen. Die häufigste Form ist die Blockheizkraftwerk-Anlage bestehend aus einer Motor/Generator-Einheit mit entsprechenden Wärmetauschern zur Auskoppelung der thermischen Energie aus den Gemisch-, Kühlwasser-, Motorölkreisen und dem Abgas. Dabei ist das Antriebsaggregat in der Regel als Kolbenmotor aber auch als Turbine ausgeführt sein. Die zweite Kategarie stellt die Brennstoffzelle dar, eine Technologie die sich zur Zeit in der Entwicklung befindet und in den nächsten Jahren etablieren wird. KWK-Anlagen werden der Bedarfsituation des jeweiligen Einsatzortes angepaßt. Der Leistungsbereich erstreckt sich von 5kW bis zu mehreren MW elektrischer Leistung. Als Energieträger kommen Primärenergieträger (Erdgas, Flüssiggas, Heiszöl...) aber auch regenerative Brennstoffe (Pflanzenöl, Biogas, Deponiegas...) zum Einsatz. BHKW-Anlagen können nach dem Wärme- oder dem Strombedarf des zu versorgenden Objektes ausgelegt werden (siehe VDI-Richtlinie 2067 Blatt 7). Voraussetzung dafür ist es den Jahresverlauf zu analysieren und eine Jahresdauerlinie zu erstellen. Anhand dieser erfolgt die Auslegung der Modulgröße und Modulanzahl. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die thermische Gesamtleistung der BHKW etwa 30% - 50% der thermischen Spitzenleistung beträgt. Dies gewährleistet im allgemeinen eine Abdeckung von ca. 50% - 80% des Jahreswärmebedarfes. Bei der wärmegeführten Betriebsweise werden die BHKW-Module je nach Wärmebedarf in der Leistung angepaß. Die Motoren werden daher meist nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben. Wird stromgeführt gefahren oder die elektrische Leistung in das öffentliche Netz eingespeist, so muß bei geringerem Wärmebedarf die im BHKW erzeugte Wärme ungenutzt über einen Notkühler an die Umgebung abgegeben werden Die Berücksichtigung eines Speichersystems kann die jeweilige Fahrweise wesentlich optimieren und die Betriebsdauer der BHKW-Module deutlich erhöhen. Durch die Nutzung der thermischen Überschußenergie zum Antrieb von Adsorptionskältemaschinen (GBU-Adsorptionskältetechnik) kann die Wirtschaftlichkeit der KWK-Anlagen weiter verbessert werden.   Neben der Nutzung von Blockheizkraftwerken ist in der Zukunft auch der Einsatz von Brennstoffzellen möglich. In Gasen wie Wasserstoff oder Methan enthaltene chemische Energie wird in Brennstoffzellen direkt in Strom und Wärme umgewandelt. Da die Brennstoffzelle nicht nur extrem effektiv, sondern aufgrund der geringen Schadstoffemissionen auch sehr umweltfreundlich arbeitet, zählt sie zu den zukunftsweisenden Schlüsseltechnologien. Vor allem zur Energieerzeugung bietet die Brennstoffzelle eine erfolgversprechende Alternative, für die jedoch noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand nötig ist.