Blockheizkraftwerke (BHKW) sind besonders effiziente Energieerzeuger, da sie gleichzeitig Strom und Wärme produzieren. Dadurch eignen sie sich ideal für die dezentrale Energieversorgung von Gebäuden aller Art, einschließlich industrieller Anlagen und Unternehmen, die unabhängig vom öffentlichen Stromnetz ihre eigene Energie erzeugen möchten.
Kraftanlagen ist darauf spezialisiert, Anlagen auf dem Prinzip der Kraftwärmekopplung auch in großen Dimensionen zu planen, zu bauen, zu warten oder zu modernisieren, etwa für die Versorgung von Haushalten im Energiekonzept von kommunalen Versorgern.
Eine aufwändige Sanierung wird als Projekt für die Stadtwerke Norderstedt am Standort Stonsdorf erfolgreich durchgeführt. Die Stadtwerke lassen ein BHKW auf neusten Stand der Technik bringen, das bereits vor 13 Jahren von Kraftanlagen realisiert und an das öffentliche Netz der Stadt angeschlossen worden war. Im Rahmen von Modernisierungsmaßnahmen werden die BHKW-Standorte der Stadtwerke Norderstedt mit dem Ziel saniert, den Betrieb der Anlagen zukünftig sowohl effizienter als auch CO2-neutraler zu gestalten.
BHKW in Stonsdorf ab jetzt mit Wärmepumpe effizienter
Im Jahr 2011 wurde hier durch Kraftanlagen eine eingeschossige Gasmotorenanlage mit einer elektrischen Leistung von 2 MW errichtet, Das Umbau-Konzept umfasste eine Gebäudeerweiterung um ein weiteres Geschoss. Die technische Erweiterung besteht aus zwei Wärmepumpen, die den Wirkungsgrad der Gesamtanlage bei BHKW-Betrieb steigern. Möglich ist dies durch das Abgas des Gasmotors, das auf 20 Grad heruntergekühlt wird, bisher erfolgte eine Abkühlung auf 70 Grad. Das Resultat sind zusätzliche etwa 500 kW thermische Leistung, die für das Wärmepumpensystem zur Verfügung stehen. Mit dem Einsatz von elektrischer Energie können auf diese Weise durch die Wärmepumpen etwa 800 kW Leistung zusätzlich an das Fernwärmesystem abgegeben werden.
Durch Wärmepumpe und Umluftkühlung deutlich höhere Effizienz
Gleichzeitig wird noch eine weitere Quelle für die Wärmepumpenanlage genutzt.
Die durch die Strahlungswärme des Aggregats aufgewärmte Raumluft wird über ein Umluftkühlregister im Obergeschoss des Gebäudes geleitet und dem Aggregate-Raum dann abgekühlt wieder zugeführt. Hierdurch wird die Abstrahlwärme des Aggregats zur Nutzwärme und über die Wärmepumpe ebenfalls ins Fernwärmenetz der Stadtwerke eingespeist. Im Aggregate-Raum wird lediglich die Verbrennungsluft als Zuluft nachgeführt.
„Stand-alone-Betrieb“ mit Wärmepumpe möglich
Damit nicht genug: Bei Stillstand der BHKW-Anlage arbeitet die Wärmepumpenanlage im „Stand-alone“ Betrieb und nutzt als Wärmequelle eine Luftkühleranlage, die auf dem Gebäudedach angeordnet ist. Dadurch wird den Stadtwerken ermöglicht, die angeschlossenen Haushalte auch ohne Betrieb des Gasmotors mit einer Vorlauftemperatur von bis zu 80 Grad mit Fernwärme zu versorgen – und das komplett regenerativ.
Technische Daten des BHKW in Stonsdorf/Norderstedt:
Martin Heimann, Leiter Vetrieb Dezentrale Energiesysteme bei Kraftanlagen Energies & Services SE, und Steffen Blohm, Vorrichter bei Kraftanlagen Energies & Services SE, im BHKW Stonsdorf
© Cyril Abad
Kraftanlagen hatte zuvor bereits die BHKW-Anlagen der Norderstedter Stadtwerke an den Standorten Buchenweg und Nord mit ähnlich umfangreichen Umbaumaßnahmen erneuert. Am Standort Buchenweg wird beispielsweise eine Wärmepumpe aus dem Motorenabgas gespeist, die den Gesamtwirkungsgrad des BHKW (auch hier) auf 106 Prozent (Thermisch: 68,9 Prozent, Elektrisch: 37,6 Prozent) gehoben hat. Auch hier waren die beiden Ziele der Maßnahmen eine Effizienzerhöhung bei gleichzeitiger CO2 -Reduzierung. Die Stadt Norderstedt verfolgt ehrgeizige Ziele sowohl in der „Stromwende“ als auch bei der „Wärmewende“. Die Sanierung der inzwischen drei BHKWs ist dabei ein sehr wichtiges Element, denn an allen Standorten konnte der Wirkungsgrad durch die Erweiterung um Wärmepumpen gesteigert werden.
Langfristig zahlen die Sanierungsmaßnahmen darauf ein, eine 1,5-Grad-konforme Leistung zu erzielen, bei der die CO2-neutrale Stromerzeugung und die Nutzung von regenerativen Ersatzstoffen für Erdgas im Fokus stehen.
Exkurs: Warum BHKW-Anlagen eine wichtige Säule der CO2-Reduktion und damit wesentliche Faktoren der Energiewende sind
Die Energiewende erfordert eine Modernisierung der gegenwärtigen Heizkraftanlagen in großem Stil. Wenig effiziente Heizanlagen, die auf dem Verbrennen fossiler Energien aufsetzen, müssen durch intelligentere Anlagen großflächig ersetzt werden. Blockheizkraftwerke sind ein wesentlicher Bestandteil solcher dezentralen Energie-Konzepte. Da sie gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen und dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung folgen, zeichnen sie sich durch ihren hohen Wirkungsgrad aus, der bei bis zu 97 Prozent (in der Regel beträgt der Wirkungsgrad von herkömmlichen BHKW 80 bis 90 Prozent) liegt. Vor allem BHKW, die mit nicht-fossilen und regenerativ erzeugten Brennstoffen betrieben werden, tragen maßgeblich zur CO2-Reduktion bei. Durch die Einspeisung von Strom und Wärme in öffentliche Strom- und Wärmenetzen können BHKW dazu beitragen, Übertragungsverluste zu vermeiden und die öffentlichen Stromnetze zu stabilisieren. Durch die dezentrale Energieerzeugung tragen sie außerdem zur Stabilität des Stromnetzes bei, insbesondere in Peakzeiten. Zudem ermöglichen BHKW eine stärkere Integration von erneuerbaren Energien in das Energieversorgungssystem, wenn sie mit nicht-fossilen und regenerativ erzeugten Brennstoffen betrieben werden.
Unterschiedliche BHKW-Arten nach technischer Lösung und Dimension
- Am weitesten verbreitet sind (noch) die sogenannten Motor-BHKW, bei denen gewöhnliche Otto-Motoren zur Strom- und Wärmeerzeugung über einen Generator genutzt werden.
- Statt eines Motors treibt ein Gasturbinen-BHKW eine Gasturbine an. Nachteil dieser Anlagen ist die geringere Strombereitstellung, allerdings ist die Wärmerzeugung dieser BHKW effektiver.
- Das Prinzip des Dampfturbinen-BHKW beruht auf dem bei der Verbrennung entstehenden Dampf, mit dem eine Hochleistungs-Turbine angetrieben wird.
- Der Stirling-Motor einer Stirlingmotor-BHKW kann auf Wunsch auch mit Pellets oder Hackschnitzeln betrieben werden, Obwohl er keinen herausragenden Wirkungsgrad aufweist, trägt er, wenn er nicht mit Gas betrieben wird, zur CO2-Reduktion bei.
- Brennstoffzellen-BHKW sind noch nicht weit verbreitet. Hier wird Wärme und Strom produziert, indem eine elektrochemische Reaktion ausgelöst wird, beispielsweise durch Wasserstoff als Brennstoff, und das bei klimaneutraler Ökobilanz.
- Als Nano-BHKW werden Anlagen bezeichnet, die weniger als 2,5 kW Strom und weniger als 12 KW Wärme erzeugen. Sie sind besonders oft in Wohngebäuden kleinerer Dimensionen eingesetzt.
- Von einem Mikro-BHKW spricht man, bei maximal 15 kW Stromerzeugung und einer maximalen thermischen Leistung von 30 KW. Sie werden bevorzugt in Kleinen Unternehmen oder Wohnhäusern mit mehreren Parteien eingebaut.
- Bis zu 50 kW elektrische Leistung und 100 KW Heizleistung definieren die Variante Mini-BHKW. Große Wohnhäuser und mittlere Unternehmen sind die häufigsten Nutzer dieses Typs.
- Bei Leistungsdaten im MW-Bereich ist von (Groß-)BHKWs die Rede, wie sie von Stadtwerken oder industriellen Betrieben eingesetzt werden.
Martin Heimann, Leiter Vetrieb Dezentrale Energiesysteme bei Kraftanlagen Energies & Services SE, auf dem Dach des BHKW in Stonsdorf
© Cyril Abad
Warum dezentrale Energieversorgung so wichtig für den Klimawandel ist
Kraftanlagen ist der Spezialist für Konzepte der dezentralen Energieversorgung. Dezentrale Energieversorgung bedeutet im Kern, dass Strom und Energie beispielsweise in einem BHKW genau dort hergestellt werden, wo sie benötigt werden. BHKW basieren auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Als Kraft-Wärme-Kopplung wird eine Umwandlung von Energie aus einem Verbrennungsprozess in Mechanische oder elektrische Energie bei gleichzeitiger Bereitstellung nutzbarer Wärmeenergie in einem Prozess bezeichnet. Die parallel zur Stromerzeugung produzierte Wärme wird zur Beheizung und Warmwasserbereitung oder für Produktionsprozesse genutzt. Durch das KWK-Prinzip werden die verwendeten Brennstoffe mit hohen Wirkungsgraden mehrfach zur Energiegewinnung genutzt, im Idealfall bei gleichzeitiger Minimierung des CO2-Ausstoßes. Ein herkömmliches BHKW erzeugt den Strom durch einen Verbrennungsmotor, bei dessen Betrieb die entstehende Abwärme genutzt wird, um beispielsweise eine Fernwärme-Netz zu speisen.
Dezentrales Energie-Management
Beziehen Haushalte ihre Wärme und ihren Strom beispielsweise aus einem BHKW ihres städtischen Versorgers, hat dies großen Einfluss auf die Ökobilanz der eigenen Region. Dazu bedarf es geschlossener Verteilnetze und einer dezentralen Energieversorgung, die auf regenerative Energien aufbaut und Teil eines dezentralen Energiemanagements sind. Die wichtigsten Bestandteile eines BHKW sind idealerweise Motoren, die keine fossilen Brennstoffe wie Gas oder Öl verbrauchen, sondern mit regenerativen Brennstoffen laufen. Auch „virtuelle Kraftwerke“, unter denen ein Zusammenschluss unterschiedlicher, dezentraler Energieerzeuger zu verstehen sind, können Teil des dezentralen Energiemanagements sein. Kraftanlagen ist spezialisiert darauf, solche komplexen Systeme zu planen, zu bauen und zu warten.
Heutige Komponenten einer Anlage zur Dezentralen Energieversorgung:
- Blockheizkraftwerk
- Gasturbinen
- Kraftwärme-Kopplungssystem
- Verbrennungsmotoren
- Wärmespeicher
- Wärmetauscher
- Wärmepumpen
Kraftanlagen ist Ihr Partner für die Entwicklung eines Konzeptes zur dezentralen Energieversorgung oder dezentralen Stromversorgung für Anlagen ab 1 MW. Wir planen und konzeptionieren Ihre dezentrale Anlage und gestalten genau die Kombination aus Komponenten, mit denen Sie Ihre gesteckten Ziele sicher erreichen und neben sicherer Energie und Wärme einen aktiven Beitrag zum Klimawandel leisten.
