Blockheizkraftwerke | In zahlreichen Stadtwerken und kommunalen Unternehmen sind Blockheizkraftwerke zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung im Einsatz. Für deren Modernisierung bietet Dürr mit der Organic-Rankine-Cycle–Technologie eine Lösung, die mehrere Vorteile gegenüber gängigen Modernisierungsmöglichkeiten bietet.
Zahlreiche Blockheizkraftwerke (BHKW) arbeiten nach Modernisierungen effizienter. Deshalb unterstützt der Gesetzgeber die Modernisierung von Bestandsanlagen im Rahmen des Kraft-Wärmekopplungsgesetzes (KWKG). Die wichtigste Voraussetzung ist, dass dabei wesentliche, die Effizienz bestimmende Anlagenteile erneuert werden und dass die Kosten für diese Maßnahmen mindestens 50 % der Kosten für die Neuerrichtung der Anlage betragen. Setzen Betreiber bei der Modernisierung auf die Organic-Rankine-Cycle-Technologie (ORC) von Dürr, können sie aus bisher nicht genutzter Abwärme zusätzlichen Strom erzeugen. Dies erhöht den elektrischen Wirkungsgrad und erlaubt es, abgeschriebene BHKWs länger zu betreiben.
Gängige Praxis einer Modernisierung nach Erreichen der 30 000-h-Grenze ist der Einbau eines neuen BHKW-Motors. Aus rein technischen Gründen ist ein neuer Motor aber oft nicht notwendig, zudem wirkt sich der relativ hohe Zeitaufwand für Aus- und Einbau negativ auf die Verfügbarkeit der Anlage aus. Trotzdem ist der Motorentausch bisher üblich, da er die einfachste Voraussetzung ist, um das 50-%-Re-Investitionskriterium zu erfüllen.
Eine sinnvolle Alternative ist die Nachrüstung mit einer ORC-Anlage zur zusätzlichen Stromerzeugung mithilfe der Abgaswärme. Statt in die Erneuerung der Motoranlage wird dabei nur in die Ankopplung einer ORC-Anlage investiert. Das ORC-Modul funktioniert wie ein „stromerzeugender Wärmetauscher“: Die Abgaswärme wird zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie und anschließend als Heizwärme genutzt. Es geht somit keine Wärme verloren und vorhandene Wärmeverbraucher können weiter versorgt werden. Die Nachrüstung mit einer ORC-Anlage erfüllt das Re- Investitionskriterium für den Modernisierungsanteil bei BHKWs. Dabei entfallen rund 40 % auf die ORC-Anlage und 10 % auf das BHKW. Damit entsteht für die Bestandsanlage ein erneuter Anspruch auf den KWK-Bonus.
Die ORC-Nachrüstung hat mehrere Vorteile: Die Anbindung erfolgt schnell und einfach, da ORC-Module vormontiert als Kompaktmodul geliefert und nur noch über Abgasleitungen mit dem BHKW verbunden werden. Das abgeschriebene BHKW kann unverändert weiter betrieben werden, der zeitaufwändige Motorentausch entfällt. Durch die Modernisierung steigt die Effizienz und damit die Stromkennzahl der Gesamtanlage um bis zu 20 %. Der elektrische Gesamtwirkungsgrad erreicht Spitzenwerte von bis zu 50 %. Das Gesamtsystem arbeitet damit entsprechend effizienter, generiert zusätzliche KWK-Einnahmen und kann somit wirtschaftlicher betrieben werden.
Die Modernisierung über ein ORC-Modul ist gegenüber dem Motorentausch die wirtschaftlichere Alternative, da sie sich durch die zusätzlichen Stromeinnahmen des ORC-Moduls innerhalb von wenigen Jahren rechnet. Das bestehende KWK-System profitiert zusätzlich vom erneut gewährten KWK-Bonus.
Die ORC-Technologie von Dürr ist etabliert und marktverfügbar, zahlreiche Anlagen verstromen bereits zuverlässig Abwärme. Generell lässt sich der Wärmeüberschuss aus Nieder- und Hochtemperatur-Quellen mit Niveaus zwischen 90 und 800 °C gewinnbringend verstromen. ORC-Anlagen lassen sich mit (Biomasse-) Feuerungen, Abwärme aus industriellen Produktionsprozessen, Geothermie oder Blockheizkraftwerken mit unterschiedlichsten Brennstoffen kombinieren. Je nach Temperaturniveau und Anlagengröße können aus der BHKW-Abwärme bis zu 10 % zusätzlicher Strom erzeugt werden – ohne weiteren Brennstoffeinsatz und ohne weitere Emissionen.
Lösung ist besonders für Kläranlagen interessant
Die Kompatibilität mit einer Vielzahl unterschiedlicher Abwärmequellen und das breite Temperaturspektrum machen ORC zu einer hochflexiblen Technologie mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Für passgenaue Lösungen liefert Dürr Cyplan KWK-fähige Kompaktmodule für Leistungsbereiche zwischen 40 KWel und 500 KWel. Für die Entwicklung kleiner KWK-fähiger ORC Systeme erhielt Dürr Cyplan 2013 den Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg und den Nachhaltige Produktion Award auf der Hannover Messe. Alle ORC-Anlagentypen sind platzsparend auf einem Grundrahmen montiert und flexibel einsetzbar.
ORC-Anlagen erzielen den größten Effekt mit Abwärmequellen, die ganzjährig zur Verfügung stehen und bei Anwendungsbereichen mit relativ konstantem (Eigen-)Strom- und Wärmebedarf. Ein typisches Beispiel sind BHKWs in Klärwerken. Durch ORC-Nachrüstung kann bei einem Klärgas-BHKW ab einer elektrischen Leistung von 500 KWel die Eigenstromproduktion um bis zu 10 % gesteigert werden, entsprechend reduziert sich der Strombezug aus dem Netz. Die nach dem ORC-Prozess verbleibende Restwärme kann auf einem Temperaturniveau von bis zu 90 °C als Prozesswärme für die Beheizung des Faulturms verwendet werden. Zusätzlich profitieren die Betreiber der Kläranlage von dem erneuerten KWK-Bonus. Diese günstige Konstellation ermöglicht eine sehr gute Rentabilität der Investition und eine erhebliche Senkung der Betriebskosten der Kläranlage. (ah) •
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