.

Verbrennungsmotor in einem BHKW
© BINE-Fachbuch „Blockheizkraftwerke“

Ein BHKW mit Stirling-Motor. Die elektrische Leistung dieses Modells liegt zwischen 2 und 7,5 kW und die thermische Leistung bei 8 bis 22 kW.
© Fa. Solo

Vereinfachtes Funktionsschema eines BHKW mit Dampfkolbenmotor
© OTAG Vertriebs GmbH + Co. KG, Olsberg

Wichtige Merkmale von KWK-Techniken
© BINE-Fachbuch „Blockheizkraftwerke“
3 / 5

Verbrennungsmotoren

Bei diesen BHKW-Anlagen treibt ein Otto- oder Dieselmotor statt eines Fahrzeugs einen elektrischen Generator an. Die dabei anfallende Abwärme kann zu Heizzwecken genutzt werden. Dabei kann der Wärmeträger Wasser leicht auf 90 bis 120 °C aufgeheizt werden. Aufgrund dieses Temperaturniveaus eignen sich Motoren-BHKW gut zur Beheizung größerer Gebäudekomplexe und für Prozesswärme bis 120 °C in Gewerbe und Industrie. Kleinst-Motoren bis 50 kWel haben sich bereits am Markt bewährt. Mit zunehmender Größe erhöht sich der elektrische Wirkungsgrad und es sinken die spezifischen Investitionen je kWel. Die meisten Anlagen arbeiten mit Erdgas. Daneben sind auch Heiz- oder Dieselöl sowie Biogas, Holz und Bioöl möglich.

BHKW mit Gasturbine oder Gas-Dampfmotor

Bei einer Turbine wird Luft angesaugt und verdichtet. In der Brennkammer wird diese komprimierte Luft mit dem Brennstoff gemischt und gezündet. Die heißen Gase treiben auf einer Welle montierte Rotoren an. Über diese Welle wird die Drehbewegung auf einen Generator übertragen. Jede Umdrehung der Turbine bewirkt eine Umdrehung des Generators. In einem Umwandlungsprozess entsteht dabei Strom. Die Abwärme des Abgases kann zur Heizenergie- und Warmwasserversorgung genutzt werden.

Der wesentliche Vorteil der Gasturbine im Kraft-Wärme-Kopplungsprozess ist, dass die Wärmeabfuhr über das Abgas auf sehr hohem Temperaturniveau erfolgt. Bei einem Heizkraftwerk verlässt dieses die Turbine mit einem sehr hohen Luftüberschuss und einer Temperatur zwischen 450 bis 600 °C. Diesen Temperaturbereich können Motor-BHKW nicht erreichen. Im Leistungsbereich von unter 50 kWel gibt es für diesen Anwendungsbereich allerdings nur einen begrenzten Absatzmarkt. Bei Gasturbinen-Blockheizkraftwerken können regenerativ erzeugte Brenngase eingesetzt werden, für die erst noch spezielle Motor-BHKW entwickelt werden müssten.

Beim Dampfmotor erhitzt ein Gasbrenner Wasser in einem Rohrverdampfer. Dabei entsteht Wasserdampf, der mit sehr hohem Druck abwechselnd in die beiden Druckkammern rechts und links im Dampfmotor geleitet wird. Dort wird er entspannt und dehnt sich aus. Durch die Ausdehnung setzt er den Kolben in der Druckkammer in Bewegung. Dieser Kolben treibt den Generator an und es entsteht elektrische Energie. Wenn der Wasserdampf in der Druckkammer entspannt worden ist, kondensiert er zu Wasser. Das Wasser wird wieder zum Rohrverdampfer des BHKW geleitet. Die bei der Kondensation frei werdende Wärme wird für die Erwärmung des Warmwassers und der Heizung verwendet. Blockheizkraftwerke mit Dampfmotor arbeiten mit einem geringen elektrischen Wirkungsgrad und einer niedrigen Stromkennzahl. Sie sind relativ kostengünstig, werden aber bislang nur in niedriger Stückzahl produziert.

Stirlingmotor

Beim Stirlingmotor befindet sich in einem geschlossenen Zylinder mit einem Kolben ein Gas (z. B. Luft oder Helium). An einem Ende wird der Zylinder von einer außerhalb des Motors liegenden Wärmequelle erwärmt. Im Inneren dehnt sich dann das Gas aus. Am anderen Ende wird das Gehäuse gekühlt und das Gas verliert dort Volumen. Hierdurch bewegt sich der Kolben, der wiederum den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Stirlingmotoren arbeiten mit zwei Zylindern, dem erhitzten Arbeitszylinder und dem gekühlten Kompressionszylinder. Diese befinden sich in einem einzigen Gehäuse. Je größer beim Stirlingmotor die Temperaturdifferenz zwischen der warmen und der kalten Seite ist, desto höher ist der Wirkungsgrad. Der elektrische Wirkungsgrad liegt, je nach Temperaturdifferenz, zwischen 10 und 25%.

Beim Stirling kommt das Motorinnere mit den Verbrennungsgasen nicht in Berührung. Hierdurch ist der Motor sehr wartungsarm und leise. Stirlingmotoren haben den Vorteil, dass sie mit fast allen Wärmequellen arbeiten können, die zum Teil mit anderen Technologien nur schwer zu nutzen wären. Neben allen methanhaltigen Gasen kommen auch Abwärme aus industriellen Prozessen, Biomasse und Heizöl in Frage.

Merkzettel

Links

AGFW
Arbeitsgemeinschaft Fernwärme e.V.

ASUE
Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.

BDEW
Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

B.KWK
Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.

BHKW-Infozentrum GbR
Ausführliche und aktuelle Informationen zu BHKW und KWK

BINE-Fachbuch

Blockheizkraftwerke
Blockheizkraftwerke nutzen die Energie besonders effizient, weil sie in einem Prozess Strom und Wärme erzeugen. Das Fachbuch stellt die neuen energiepolitischen Zielsetzungen und gesetzlichen Rahmenbedingungen, BHKW-Technik und Betriebskonzepte vor.