Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Systemvorteile von Blockheizkraftwerken:

Blockheizkraftwerke sind modulare Anlagen zur dezentralen, eigenständigen Erzeugung von Strom und Wärme im eigenen Betrieb. Sie funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Die bei der Erzeugung von Strom entstehende Wärmeenergie wird im Gegensatz zur konventionellen Stromerzeugung nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben, sondern nahezu vollständig wiederverwertet. Dies führt zu einer wesentlich effizienteren Nutzung des eingesetzten Energieträgers. Die hier zugrunde gelegten Anlagen beinhalten im Wesentlichen die drei folgenden Komponenten:
  • Das Antriebsaggregat
  • Den Generator zur Stromerzeugung
  • Den Wärmeüberträger zur Wärmeauskopplung

Grundprinzip einer KWK-Anlage:

Unterirdische Rohrleitungen transportieren das Bioerdgas zum Antriebsaggregat. Das Antriebsaggregat treibt den Generator zur Stromerzeugung an, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die entstehende Abwärme wird über Wärmetauscher ausgekoppelt und in den Heizkreislauf eingespeist. D.h. es wird Strom und Wärme am gleichen Ort produziert. Durch die Nutzung der Abwärme ist der Wirkungsgrad von Blockheizkraftwerken erheblich größer als bei der herkömmlichen Stromerzeugung.

Aufgrund hoher Nutzungsgrade lassen sich durch Kraft-Wärme-Kopplung in erheblichem Umfang Brennstoffe einsparen. Gleichzeitig ist damit einedeutliche Verringerung von Schadstoff- und CO2-Emissionen verbunden, dies gilt besonders bei Einsatz des umweltfreundlichen Brennstoffes Erdgas oder Biogas.

Die Kraft-Wärme-Kopplung hat aktuell vor dem Hintergrund der globalen Klimaveränderung eine besondere Bedeutung, da hiermit ein wichtiges Instrument zur Erreichung der gesetzten Klimaschutzziele zur Verfügung steht.

Gasturbine als Antriebsaggregat:

Für Produktionsprozesse, die Wärme auf höherem Temperaturniveau benötigen, eignen sich Blockheizkraftwerke mit Gasturbinen als Antriebsaggregat in besonderem Maße. Die hohe Abgaswärme bei Temperaturen um 500 °C kann zur Dampferzeugung oder als Prozesswärme für Produktionsvorgänge direkt genutzt werden.

Funktionsweise einer KWK-Anlage:

Über den Frischluftkanal wird frische Luft angesaugt, im Verdichter verdichtet und in der Brennkammer mit Gas vermischt. Die unter Druck stehenden Verbrennungsgase, der so genannte Gasstrahl, wird auf die Schaufelräder der Gasturbine gelenkt und treibt dadurch die Gasturbine an. Ein daran gekoppelter Generator erzeugt elektrischen Strom. Nach Austritt aus der Turbine sind die Verbrennungsgase immer noch etwa 550°C heiß und können deshalb zur Erhitzung von Wasser eingesetzt werden. Der dabei entstehende Dampf erzeugt über eine Dampfturbine zusätzlichen Strom oder kann auch direkt für Produktionsvorgänge genutzt werden. Der Wirkungsgrad einer Gasturbine wird so wesentlich erhöht.

Vorteile von gasturbinenbetriebenen Blockheizkraftwerken (BHKW):

  • günstige Emissionswerte
  • kann mit mehreren Brennstoffen betrieben werden
  • geringe Wartung durch luftgelagerte drehende Teile
  • Hohe Abgaswärme bei Temperaturen um 500 °C zur Dampferzeugung und Nutzung der Prozesswärme für Produktionsvorgänge
  • Hoher Sauerstoff-Restgehalt der Abgase von ca. 15 %, der eine Zusatzfeuerung durch Zufuhr weiteren Brennstoffes im Abhitzekessel ermöglicht. Dadurch kann die Dampferzeugungsleistung im Abhitzekessel über einen weiten Leistungsbereich dem häufig variablen Dampfbedarf der angeschlossenen Verbraucher angepasst werden
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