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Querschnittsthemen / Kraft-Wärme-Kopplung / Systeme in Betrieben und Potentiale

KWK-Systeme in Betrieben und Potentziale

Abhängig vom Anwendungsfall kann auf unterschiedliche KWK-Technologien zurückgegriffen werden, je nachdem, ob z.B. eine hohe Temperatur, ein gutes Teillastverhalten oder eine hohe Stromkennzahl benötigt wird.

Übersicht zu KWK-Systemen

KWK-Anlagen stehen in unterschiedlichen Leistungsklassen zur Verfügung.


Einstufung

Elektrische Leistung in kW

Nano-KWK

kleiner 2

Mikro-KWK

2 - 20

Klein-KWK

20 - 50

mittlere KWK

50 – 2.000

große KWK

größer 2.000

 

Einen nahezu vollständigen Überblick zu den in Deutschland am Markt verfügbaren KWK-Anlagen bietet die Marktübersicht „BHKW-Kenndaten 2014/2015 – Module, Anbieter, Kosten“ der ASUE – Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.

 


Funktionsprinzip Ottomotor
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Verbrennungsmotor (Otto- und Dieselmotor)

Funktionsweise: Das grundlegende Prinzip der Verbrennungsmotoren ist die interne Verbrennung, bei der ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch im Motor verbrannt wird. Die Expansionskraft des erhitzten Gases bewegt einen Kolben.

Marktreife: Diese Technologie ist sehr ausgereift und am Markt weit verbreitet.

Vorteile: Verbrennungsmotoren erreichen im Mikro-KWK-Bereich hohe elektrische Wirkungsgrade bis 35 % und hohe Stromkennzahlen bis zu 0,5. Sie zeichnen sich durch eine hohe Laufleistung aus und sind aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Kosten die am häufigsten eingesetzten Motoren in Blockheizkraftwerken.

Nachteile: Die erforderlichen regelmäßigen Ölwechsel verursachen höhere Wartungskosten und aufgrund der internen Verbrennung entstehen höhere Emissionsbelastungen.

Otto- vs. Dieselmotor: Dieselmotoren erreichen den höchsten Gesamtwirkungsgrad aller aufgeführten Technologien, sind aber in der Anschaffung teurer als Ottomotoren.


Mikrogasturbin
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Stirlingmotor

Funktionsweise: Stirlingmotoren arbeiten mithilfe externer Verbrennung eines Kraftstoffs. In dem geschlossenen, mit einem Arbeitsgas gefüllten Zylinder, entstehen eine heiße und eine kalte Zone, wodurch die Kolbenbewegung hervorgerufen wird.

Marktreife: Die Technologie ist vergleichsweise neu, aber es sind bereits zahlreiche Motoren am Markt etabliert.

Vorteile: Die externe Verbrennung ermöglicht eine große Bandbreite nutzbarer Brennstoffe, einen nahezu verschleißfreien Betrieb und niedrige Wartungskosten. Zudem arbeiten die Motoren emissions- und geräuscharm.

Nachteile: Der Gesamtwirkungsgrad liegt unter 90 Prozent. Der sehr niedrige elektrische Wirkungsgrad verursacht bei den aktuellen Förderungsmodellen hohe Amortisationszeiten.


Mikro-Gasturbine
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Mikro-Gasturbine

Funktionsweise: Bei der internen Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches entsteht ein Heißgas, das in einer nachgeschalteten Turbine entspannt und diese antreibt.

Marktreife: Bisher gibt es im Vergleich mit anderen Motorantrieben relativ wenig Betriebserfahrung. Neue Geräte sind ab einer elektrischen Leistung von 28 kW verfügbar.

Vorteile: Mikrogasturbinen zeichnen sich vor allem durch ein konstant hohes nutzbares Temperaturniveau der Abwärme von 200 bis 400 °C aus. Dies ermöglicht ein breites Spektrum zur Nutzung als Prozesswärme. Weitere Vorzüge sind ein geringer Platzbedarf, Verschleiß und Wartungsaufwand sowie eine gute lastmodulierende Fahrweise mit vergleichsweise konstantem Wirkungsgrad über ein breites Lastspektrum.

Nachteile: Die Investitionskosten sind hoch und der elektrische Wirkungsgrad meist zwischen 25 und 30% niedriger als bei Verbrennungsmotoren.

Für die betrachteten Gewerke sind Anlagen im Bereich von Nano-KWK bis Klein-KWK von Bedeutung. Dampfmotoren, Dampfturbinen und ORC-Anlagen sind in diesen Leistungsdimensionen kaum verbreitet. Weiterführende Informationen zu diesen Technologien finden Sie in den Anlagen.

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