Wtp 07 Bhkw

Begriffsbestimmung

• dezentrale Versorgung einer Anlage mit Wärme und elektrischer Energie
• Generator stellt elektrische Energie bereit
• freiwerdene Wärme wird zum Heizen benutzt
• abgestimmtes System in Modulsbauweise

Verbrennungskraftmaschine

• Gasturbinen
  • nur bei hohen Leistungen, guter Wirkungsgrad (> 25%)
  • selten in Getränke- und Lebensmittelbereichen eingesetzt
• Hubkolbenmotoren
  • Ottomotor: äußere Gemischbildung, Zündung von außen, Gleichraumverbrennung
  • Dieselmotor: innere Gemischbildung (Einspritzung), Zündung durch Verdichtungstemperatur, Gleichdruckverbrennung
  • Zweitaktmotoren sind wartungsärmer, aber emissionsreicher

Generator

• Asynchrongenerator
  • Leistung < 100 kW
  • Stator: 3 Drehstromwicklungen
  • Rotor: Blechpaket mit kurzgeschlossenen Wicklungsstäben
  • billig, betriebssicher, wartungsarm
  • Anlaufen mit externen Strom in Stator zum Aufbau des Magnetfelds
  • Anlaufstrom aus Netz oder Batterie-Kondsator-Schaltung
• Synchrongenerator
  • Stator: 3 Drehstromwicklungen
  • Rotor: Läufer mit eigener Wicklung
  • Synchronisation mit Netz über Regelung der Drehzahl
  • Regelung des Leistungsfaktors cos phi über Erregerstrom

Wärmeüberträger

• drei Stellen zur Wärmeabfuhr
  • am Motor
    • Rohrbündelwärmeübertrager
    • Heizwasser bis 85 °C (heißgekühlt bis 120 °C)
  • Abkühlung des Abgases
    • Rohrbündelwärmeübertrager
    • Dampferzeugung (max. 150 °C)
    • Abkühlung Abgas auf 180 (Öl), 120 (Gas) oder Kondensation auf 30 °C
  • Abwärme des Generators
    • Wicklungswiderstand, Ummagnetisierung
    • Vorwärmen des Heizmediums Wasser
    • Abführung durch Luft

Steuerung und Regelung

• Regelung Brennstoffzufuhr
• Temperatur- und volumenstromabhängige Regelung Heizwasserkreislauf
• Regelung Motor
• Gasgemischregelung
• Regelung Generator
• Steuerung An- und Abfahrvorgänge
• Überwachung Systembauteile

Brennstoffe

Flüssige Brennstoffe

• Heizöl EL, pflanzliche Öle, veresterte Öle
• Veresterung von Triglyceriden mit Methanol: kleinere Moleküle, niedrigere Viskosität
• Methylester können ohne Umbau eingesetzt werden, Wirkungsgrad aber geringer durch höheren Aufwand der Umesterung

Gasförmige Brennstoffe

• Erdgas
• Biogas
  • Zusammensetzung schwankt, ebenso Heizwert
  • Einsatz in Zündstrahlmotoren (Gasgemisch verdichten und Zünden durch Einspritzung von Diesel)
  • Magermixmotoren: mehr Sauerstoff als nötig, weniger Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe

Kraftwärmekopplung

• gekoppelte Erzeugung von Wärme und Kraft in einer Anlage
• 40 % weniger Primärenergie nötig als bei getrennten Anlagen -> weniger CO₂-Emission (mit Erdgas oder regenerativen Brennstoffen noch weniger)
• Gesamtwirkungsgrad von 85-90 % möglich
• mehre Motoren könenn einen Generator bedienen
  • Anpassung an Energiebedarf
  • Motoren können optimalen Wirkungsgrad entfalten
  • höhere Ausfallsicherheit

Nutzung der bereitgestellten Wärme

• Jahresdauerlinien zeigen Wärmebedarf in Abhängigkeit der Jahresstunden
• Ergänzung BHKW durch günstige Kesselanlagen zur Abdeckung der Spitzenlast
• Entkoppelung durch Einsatz von Wärmespeicher oder Nutzung der Wärme in Absorptionskälteanlagen oder Wärmepumpen

Nutzung elektrischer Energie

• Eigenstromerzeugung (Arbeitspreis > Leistungspreis)
• Einspeisung
  • Einspeisevergütung generell unter Strombezugskosten
  • konventionelle Energieträger weniger wert als regenerative
  • Einspeisevergütungen geregelt nach EEG

Rahmengesetze zur Kraft-Wärme-Kopplung

Verteuerung der Verwendung von Energie, aber steuerliche Vorteile für KWK-Anlagen

Kraft-Wärme-Kopplung und das Stromsteuergesetz

• Stromsteuer die je Kilowattstunde anfällt
• Anhebung der Leistungsgrenze von 0,7 auf 2 MW (Eigenverbrauch)
• Strom aus regenerativen Rohstoffen ist steuerbefreit

Kraft-Wärme-Kopplung und das Mineralölsteuergesetz

• Steuer auf Mineralöle
• Ausnahme der Steuer für ortsfeste Kraftwerke mit Monatsnutzungsgrad von 70 %
• Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke mit Wirkungsgrad > 57,5 % werden 10 Jahre von Steuer ausgenommen

Kraft-Wärme-Kopplung und das Erneuerbare-Energien-Gesetz

• Befreiung von Stromsteuer bei Entnahme von Strom aus Windkraft, Sonnenenergie, Erdwärme, Wasserkraft, Deponiegas, Klärgas und Biomasse aus Eigenerzeugung oder aus Leitung mit ausschliesslich Strom aus regenerativen Rohstoffen
• Strom aus BHKWs kann nur vergütet werden, wenn ausschließlich erneuerbare Brennstoff zum Einsatz kommen

Das Gesetz zum Schutz der Stromerzeugung aus KWK-Anlagen (KWK-Vorschaltgesetz)

• Netzumlage zum Schutz von KWK-Anlagen vor Liberalisierung des Strommarktes

Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz

• Ersatz des KWK-Vorschaltgesetzes
• nur noch Zusatzvergütung von Strom aus KWK-Anlagen
• Bereich der Mini-BHKW wird bis 2005 stark gefördert

Einsatzgebiete

• Deckung Grundlast und Leistungsspitzen (vorallem elektrisch)
• Versorgung einzelner Produktionsanlagen möglich

Anlagenbeschreibung

• 3-Zylinder-Reihenmotor (0,9 l Hubraum, 1800 U/min)
• 5 kW elektrische Leistung, 11,5 kW thermische Leistung
• 2,1 l/h Kraftstoffverbrauch
• luftgekühlter Asynchrongenerator DK 132 S-2B (7,5 kW, 3000 U/min, 400 V, 50 Hertz)
• Zweikreiskühlsystem (Motor und Abgaswärmetauscher) auf Heizsystem über Edelstahl-Plattenwärmetauscher