Antriebsarten für BHKW

Industrie-Gasmotoren

Häufiges Antriebsaggregat für BHKW; die Lebensdauer beträgt mindestens 100000 Betriebsstunden (12 bis 25 Jahre), wobei die Anzahl der Starts den grössten Einfluss auf die Lebensdauer hat. Leistungsbereich 20 kW bis 1000 kW.

Lambda-1-Motor
mit Katalysator

Ein Gasmotor, der ohne Luftüberschuss betrieben wird (Luftüberschusszahl Lambda = 1), ausgereifte Technik, gutes Emissionsverhalten und lange Katalysatorstandzeiten zeichnen diese Motorenbauart aus.

Magermotor

Diese Motoren werden mit einem hohen Luftüberschuss betrieben (Lambda 1,6 bis 1,8). Dadurch reduzieren sich die Stickoxide erheblich. Für gewisse Anwendungen und Standorte (Gas aus erneuerbaren Quellen, zum Beispiel Klär- oder Deponiegas) kann damit ein Betrieb ohne Katalysator ermöglicht werden.

Dieselmotor

Als Brennstoff dieser Motorenbauart kommt Heizöl extraleicht zum Einsatz. Dieselmotoren haben einen höheren elektrischen Wirkungsgrad (um 40 %), bei gleichzeitig niedrigerem Gesamtwirkungsgrad (von rund 80 %). Diesel- und Zündstrahlmotoren benötigen einen SCR-Katalysator zur Abgasreinigung.

Zündstrahlmotor

Dieser Bautyp wird mit einem Öl-Gas-Gemisch beschickt, wobei der Anteil des Öls zwischen 5 % und 100 % variieren kann. Zündstrahlmotoren lassen sich deshalb als Teil von Notstromaggregaten einsetzen.

Gasturbine

Für Wärmenutzungen über 120 °C eignen sich Gasturbinen gut, wirtschaftlich sind diese Aggregate aber nur bei Leistungen über 5 MWe

Blockheizkraftwerk

Blockheizkraftwerke sind Kleinkraftwerke mit einem Diesel- oder Ottomotor als Antrieb und einem Generator als Stromerzeuger. Als Treibstoff kommt Dieselöl oder Gas zum Einsatz. Das Leistungsspektrum dieser Technologie liegt zwischen 15 kWe und 1000 kWe. Durch die Nutzung der Motorabwärme erzielen BHKW Gesamtwirkungsgrade von 88 % bis 95 %, der elektrische Wirkungsgrad beträgt je nach angewandtem Prozess (Diesel oder Otto) 33 % bis 41 %. Diesel- und Gasmotor-BHKW sind heute meistens mit Dreiwegekatalysatoren ausgerüstet. Dadurch werden die Emissionen reduziert und die Grenzwerte der Luftreinhalteverordnung eingehalten.

Klein-Blockheizkraftwerk, Mikro-BHKW, Mini-BHKW

Innerhalb der Blockheizkraftwerke bilden die "Kleinen" einen eigenen Anwendungsbereich. Die Aggregate werden von Motorenherstellern in grösseren Serien hergestellt und umfassen den Leistungsbereich von 5 kWel bis 15 kWel für Mikro-BHKW und bis 50 kWel für Mini-BHKW. Die Blockheizkraftwerke sind mit Einzylinder-Motoren und Abgaskatalysatoren ausgerüstet. Als Brennstoff kommen in Frage: Diesel, Erdgas und Propangas. Als wesentlicher Vorteil dieser Klein-Blockheizkraftwerke erweist sich der reduzierte Planungsaufwand. Mehr-Modul-Anlagen sind sie einfach realisierbar.

Brennstoffzellen

In einer Brennstoffzelle verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff – in einer Art umgekehrter Elektrolyse – zu Wasser, Strom und Wärme, und dies mit einem (elektrischen) Wirkungsgrad, der weit über das von Carnot formulierte Limit der Wärme-Kraft-Konversion hinausgeht. Die theoretischen Werte der Stromausbeute liegen bei annähernd 100 % des Energieinputs, 55 % werden heute in der Praxis erreicht, 65 % sollen es in wenigen Jahren sein – der Rest fällt als Wärme an. Als Brennstoff kommen Erdgas und Wasserstoff zum Einsatz. Brennstoffzellen sind auf dem Stand von Pilot- und Demonstrationsanlagen und nicht ohne Einschränkungen "ab der Stange" einsetzbar. Eine Ausnahme bilden Zellen, in denen Phosphorsäure als Elektrolyten eingesetzt wird; mit dieser Technologie sind 200-kW-Einheiten lieferbar.

Gasturbinen

Gasturbinen werden in WKK-Anlagen für Leistungen ab 750 kW (thermisch) eingesetzt. Sie eignen sich daher besonders für Industriebetriebe und Fernwärmeversorgungen. Als Brennstoffe werden Dieselöl und Gas verwendet. Die in den Abgasen der Turbine enthaltene Wärme wird in einem nachgeschalteten Wärmetauscher zu Heizzwecken oder Prozessdampferzeugung ausgekoppelt.

Gasmotorwärmepumpen

Der Gasmotor treibt eine Wärmepumpe an, die Nutzwärme erzeugt. Im Vergleich zu einem BHKW mit Elektrowärmepumpe ist eine Gasmotorwärmepumpe bezüglich Wärme- und Stromproduktion weniger flexibel, braucht aber weniger Platz und weist einen etwas höheren Gesamtwirkungsgrad auf. Gasmotorenpumpen sind aus energetischer Sicht selten sinnvoll: wenn Abwärme oder Umweltwärme vorhanden ist, sollte diese Quelle bedarfsdeckend genutzt werden. Die Abwärme des Gasmotors schränkt die Nutzung der Wärmepumpenquelle lediglich ein.

Stirling-BHKW

Stirling-Motoren können für den Antrieb von Blockheizkraftwerken verwendet werden. Besonderheit des Stirling-Motors ist die "externe" Verbrennung, die den Einsatz eines beliebigen Energieträger erlaubt. Serienmässig hergestellte Produkte sind derzeit noch nicht erhältlich. Einige viel versprechende Entwicklungen sind jedoch im Gange.

 Energie-Wissen: Der Stirlingmotor (d)
 Energie-Wissen: Le moteur Stirling (f)

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