BHKW Umweltaspekte
Energiekosten senken, CO2 vermeiden, Ressourcen schonen
Getrennte Erzeugung von Wärme und Strom in Heizkessel und Kondensationskraftwerk:
Der größte Anteil der Stromabgabe, die heute über das Netz der öffentlichen Stromversorgungsunternehmen an die verschiedenen Kundengruppen verteilt wird, stammt aus Kondensationskraftwerken. Diese Kondensationskraftwerke wandeln nur einen kleinen Teil der eingesetzten Primärenergie (Braunkohle, Steinkohle, Schweres Heizöl, ) in Strom um.
Der durchschnittliche Bruttowirkungsgrad dieser Kraftwerke beträgt 38%. Berücksichtigt man den Strom-Eigenverbrauch der Kraftwerke und die Netzverluste beim Transport des Stroms, so kommen von der eingesetzten Primärenergie beim Verbraucher lediglich 34 % an.
Die restlichen zwei Drittel der bei der Stromerzeugung eingesetzten Primärenergie fallen als Wärme an, und werden teilweise sehr umweltbelastend in die Atmosphäre abgegeben oder führen zur Erwärmung von Gewässern durch die Abgabe von Kühlwasser. Die beim Endverbraucher benötigte Wärme muss dann zusätzlich durch einen Heizkessel erzeugt werden.
Gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom mit einem Blockheizkraftwerk:
Durch den dezentralen Aufbau von Blockheizkraftwerken ist es jedoch möglich die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme direkt vor Ort zu Heizzwecken oder Wärmeprozessen zu nutzen. Unnötige Verluste in Verteilernetzen und die sinnlose Wärmeabgabe an die Umwelt entfallen somit. Die Primärenergieeinsparung von bis zu 37% hilft nicht nur die Rescourcen zu schonen, sondern entlastet die Umwelt durch einen entsprechend geringeren CO2 -Ausstoß.
Der wichtigste Faktor ist hierbei die Primärenergieeinsparung von Blockheizkraftwerken, welche proportional zur Reduzierung von Emissionen beiträgt.
Allerdings müssen die NOx Emissionen bei Blockheizkraftwerken mit Gasmotoren kritisch betrachtet werden. Im Gegensatz zu Gas Feuerungen entstehen in Gasmotoren hohe NOx Emissionen, da die Temperatur und Druckverläufe auf wesentlich höherem Niveau stattfinden und instationär ablaufen.
Deshalb müssen Maßnahmen zur Emissionssenkung entsprechend den Vorgaben der TA-Luft getroffen werden. SCHMITT-ENERTEC bietet dafür verschiedene Systeme an:
Zur Abgasreinigung kann einem Gas-Otto-Motor ein 3-Wege-Katalysator nachgeschaltet werden. Der Katalysator besteht aus einem metallischen oder keramischen Trägerkörper auf den die Katalysatormaterialien Platin und Rhodium aufgedampft sind.
Die prinzipiellen chemischen Raktionnen an einem 3-Wege-Katalysator sind die Reduktion von Stickoxiden (NO und NO2) bei gleichzeitiger Oxidation von Kohlenwasserstoffen (CmHn) und Kohlenmonoxid (CO). Als Reaktionsprodukte entstehen Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2O).
Die Funktion des 3-Wege-Katalysators basiert auf der Abwesenheit von Sauserstoff im Abgas. Der Sauerstoff-Gehalt wird über eine Lambdasonde gemessen und der BHKW Steuerung zugeführt.
Ein spezieller Regelalgorithmus in der SPS errechnet Steuersignale und gibt diese an die an ein Stellventil in der Gaszufuhr aus, so daß der Motor mit stöchiometrischer Verbrennung betrieben wird (Lambda = 1). Bei dieser Betriebsweise ist kein Sauerstoff im Abgas vorhanden und die nachfolgenden Raktionen können am 3-Wge-Katalysator stattfinden:
NO + CO --> ½ N2 + CO2
2 (m+n/4) NO + CmHn --> (m+n/4) N2 + m CO2 + n/2 H2O
Die Auslegung des Katalysators erfolgt aufgrund der Motordaten wie Abgasmenge, Abgasemissionen und Abgastemperatur. Je nach Auslegung sind vor Eintritt in den Katalysator Temperaturen von 400° bis 500 °C notwendig. Durch die Reaktionen im Katalysator erhöht sich die Abgastemperatur.
Die Temperatur am Katalysatoraustritt sollte im Hinblick auf die Standzeit nicht mehr als 650 °C betragen. Je ein Thermoelement vor und nach dem Katalysator erfassen dessen Temperatur zur Verarbeitung in der BHKW Steuerung.
Eine weitere Möglichkeit der Minderung des Schadstoffausstoßes ist die Magerverbrennung. Durch hohen Luftüberschuß werden die Verbrennungstemperaturen gesenkt wodurch die Bildung von NO und NO2 sich verringert.
Hohe Luftüberschüsse bedeuten eine Verringerung des Energiegehalts der Gemischladung und damit eine Minderleistung. Dies wird durch Abgas-Turboaufladung ausgeglichen.
Dabei wird das Gemisch durch den Turbolader verdichtet und wegen der dabei auftretenden Temperaturerhöhung in einem nachgeschalteten Gemischkühler rückgekühlt. Der Gemischkühler wird wegen der kälteren Temperatur mit Heizwasser anstelle von Motorkühlwasser betrieben.
Das hohe Lambda Vehältnis (bis zu 1,8) verlangsamt aber auch den Verbrennungsablauf und fördert somit die Entstehung von CO.
Eine Gemischregelung steuert deshalb den Betrieb in einem optimalen Lambda Fenster. Magermotoren können in Verbindung mit einem Oxidationskatalysator betrieben werden der die Umwandlung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser beeinflußt. Oxidationskatalysatoren sind erheblich widerstandsfähiger gegen Schadgase und Fehlzündungen als 3-Wege-Katalysator.