KWK-Anlagen und externe Rohrleitungen: Leitfaden

Externe Rohrleitungsnetze

Die optimale Lösung für externe Rohrleitungen ist die Installation in unterirdischen Stollen oder bauaufsichtlich zugelassenen Gräben der Industrieanlage. Dies schützt vor Frostgefahr, die zu Schäden an Kondensatleitungen führen kann. Kondensatbehälter und Ventile sollten für eine einfache Inspektion zugänglich in Feldern angeordnet werden. Externe Leitungen müssen geschweißte Flansche für Ventile und Separatoren aufweisen. Druckluftleitungen müssen in der Regel nicht isoliert werden, es sei denn, es wird heiße Luft benötigt; ein Korrosionsschutzanstrich ist jedoch erforderlich. Bei Leitungen bis 50 mm können Gewindeanschlüsse verwendet werden, alternativ sind geschweißte Verbindungen oder Flanschkupplungen möglich.

BHKW und Kraft-Wärme-Kopplung

Anlagenkonzepte

BHKW-Anlagen nutzen Gaskolbenmaschinen, Gas oder Öl als Brennstoff. Sie zeichnen sich durch eine hohe elektrische Effizienz aus, sind jedoch thermisch oft weniger effizient. Eine Wärmerückgewinnung wird entsprechend den industriellen Anforderungen konzipiert, meist zur Erzeugung von Niederdruckdampf (bis 10 bar), zur Ölerwärmung oder zur Nutzung des Hochtemperatur-Kühlwasserkreislaufs. Zudem eignen sie sich für Absorptionskältemaschinen, die entweder durch den Dampf der Abgase oder direkt durch die Wärme des Kühlwassers betrieben werden.

Typen von Kolbenmaschinen

In der Kraft-Wärme-Kopplung kommen folgende Motorentypen zum Einsatz:

• Dieselmotoren: Arbeiten mit leichtem oder schwerem Gasöl mittels Kompressionszündung. Man unterscheidet:
  • Schnelllaufende Dieselmotoren: 1000–3000 U/min, Kolbendurchmesser 200–250 mm, Zylinderleistung 100–200 kW, thermodynamischer Wirkungsgrad 36–38 %.
  • Halbschnelllaufende Dieselmotoren: 400–1000 U/min, Kolbendurchmesser ca. 500 mm, Zylinderleistung 600–1000 kW, 40 % Wirkungsgrad.
  • Langsamlaufende Dieselmotoren: 100–400 U/min, Kolbendurchmesser ca. 1000 mm, Zylinderleistung 2500–3000 kW, bis zu 42 % Wirkungsgrad. Sie nutzen Zweitakt-Zyklen.
• Gasmotoren: Arbeiten nach dem Otto-Prinzip. Die Zündung erfolgt durch:
  • Kompression des Gas-Luft-Gemischs mit Zündfunken.
  • Kompression des Gas-Luft-Gemischs und Einspritzung einer kleinen Menge Dieselkraftstoff zur Zündung.

Aktuell sind modulare KWK-Anlagen (EMV) verbreitet, die kompakt, werksseitig montiert und getestet geliefert werden und Hubkolbenmotoren mit Generatoren sowie Wärmetauschersystemen kombinieren.

Wärmerückgewinnung bei Kolbenmotoren

Die Wärmerückgewinnung kann auf drei Wegen erfolgen:

• Abgasemissionen: Abgase mit ca. 400 °C ermöglichen eine Rückgewinnung von ca. 0,45 kWh pro erzeugter kWh Strom.
• Motorkühlwasser: Hier können 0,5 bis 0,8 kWh Wärme pro kWh Strom gewonnen werden.
• Motorschmieröl: Ein Teil der Wärme kann zusätzlich aus dem Schmieröl extrahiert werden.

Die Gesamtwärmeerzeugung liegt im Bereich von 1 bis 1,6 kWh pro kWh Strom, was die Bereitstellung von Warmwasser mit Temperaturen von 80–90 °C, teils bis zu 115 °C, ermöglicht.

Dampfturbinenanlagen

In diesen Systemen wird mechanische Energie durch die Expansion von Hochdruckdampf aus einem konventionellen Kessel erzeugt. Heute dienen sie primär als Ergänzung in GuD-Anlagen (Gas- und Dampfturbinen) oder bei der Verbrennung von Abfällen wie Biomasse. Die Kombination von Gasturbine und Dampfturbine wird als „Combined Cycle“ bezeichnet. Dampfturbinen lassen sich nach der Anzahl der Druckstufen, der Strömungsrichtung im Laufrad und dem Ausgangsdruck klassifizieren.