Wärmenutzung und Wärmespeicher
Die Wärme von Blockheizkraftwerken wird über den Motor-Kühlwasserkreislauf und aus dem Abgaswärmetauscher gewonnen. Die nutzbare Wärmemenge bleibt im Flexbetrieb gleich, wird aber schubweise in den Betriebszeiten erzeugt. Deshalb wird im flexiblen Betrieb praktisch immer ein ausreichend dimensionierter Wärmespeicher benötigt. Die meisten Wärmenutzungen benötigen jedoch eine permanente Wärmezufuhr. Wärmespeicher sind hier die Schlüsseltechnologie, um Stromerzeugung und Wärmebereitstellung zeitlich voneinander zu entkoppeln.
Auch für die BHKW-Warmhaltung in den Pausenzeiten wird dieser Wärmespeicher
genutzt und ist erheblich günstiger als eine elektrische Warmhaltung.
Andere Wärmenutzungen sind flexibel und bedürfen keiner permanenten Wärmezufuhr, also auch keinen Speicher. Wenn z.B. nur ein geringer Wärmeanteil in ein größeres Wärmenetz geliefert wird, kann der Redundanzwärmeerzeuger einspringen, wenn das BHKW wegen niedriger Strompreise ruht – und umgekehrt.
Bei Abfallanlagen wird häufig die gesamte Wärme für die Aufbereitung und Hygienisierung der Substrate eingesetzt. Hier ist die Lösung, die Wärmenutzung mit den Betriebszeiten der BHKW synchronisieren.
Am kostengünstigsten sind großvolumige, gut gedämmte Warmwasserspeicher. Ein wichtiger Effekt dieser Technologie ist, dass mit zunehmendem Speichervolumen die speicherbare Wärmemenge viel stärker wächst als die Oberfläche. Infolge dessen sinken die spezifischen Wärmeverluste und Kosten.
Je größer die Temperaturdifferenz, desto mehr Wärme kann gespeichert werden. Als Faustregel gilt, die Rücklauftemperatur sollte möglicht 60° C unterschreiten. Zudem ist der hydraulische Abgleich in Wärmenetzen sehr wichtig für die Temperaturschichtung im Speicher.
Kritisch hingegen sind Wärmenutzungen, die ein hohes Temperaturniveau erfordern. Bei hohen Rücklauftemperaturen werden die notwendigen Speicher sehr aufwändig.
Bei einer typischen Temperaturdifferenz von 30 K (Vorlauf 90°C, Rücklauf 60°C) gelten 30 Kubikmeter Speichervolumen je MWh Energiegehalt als Faustregel. Um also bei einer 500 kW-Biogasanlage 14 Stunden BHKW-Ruhe zu überbrücken, ist ein Wärmespeicher von 200 m³ passend.
Immer mehr flexible Biogasanlagen setzen auch auf Großwärmespeicher (GWS) von 1.000 m³ oder mehr, wie sie schon länger für große thermische Lastwechsel an Gärtnereien eingesetzt werden. GWS können in passender Konfiguration für eine Kälteperiode von ein bis zwei Wochen die nötige Wärme bereitstellen und damit einen Spitzenlastkessel einsparen. Am Beispiel einer typischen Biogasanlage kann die Wärmenutzung von 40 % durch ein GWS auf 70 % gesteigert werden. Wird dieser GWS außerdem mit einem Fütterungsmanagement nach Außentemperatur kombiniert, kann über 90 % der Wärme genutzt werden[1].
[1] Robert Hegele: „Langzeit-Wärmespeicher als Schlüssel zur effizienten erneuerbaren Energieversorgung“ Vortrag im C.A.R.M.E.N.-Symposium, 07./08.Juli .2014
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