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Wie betreibt man Mini-KWK-Anlagen optimal?

Minikraftwärmekopplungsanlagen leisten bis zu 15 Kilowatt und eignen sich besonders dafür, kleinere Mehrfamiliengebäude zu heizen. Zwar ist das Ergebnis – Wärme und Strom – bei allen Geräten das gleiche, die verschiedenen Typen unterscheiden sich aber durch ihre Antriebsweise. Während in Brennstoffzellen eine elektrochemische Reaktion abläuft, nutzen andere Mini-KWK das klassische Motorenprinzip um einen Kolben anzutreiben. Auch beim Brennstoff sind die Optionen vielfältig: Brennstoffzellen brauchen hochwertig aufbereitetes Gas, Stirlingmotoren hingegen arbeiten mit einer Vielzahl von Brennmaterialien.

In einer Simulationsrechnung, die den Verbrauch eines Fünfpersonenhaushaltes nachahmte, untersuchte das Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE), wie wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll die verschiedenen Systeme sind. Dazu verglichen sie den Anteil, den die Anlagen zum Strom- und Primärenergiebedarf eines Hauses leisteten. Außerdem entwickelten die Experten ein Betriebsführungssystem, das hilft, die Versorgung sowohl im strom- als auch im wärmegeführten Betrieb sicherzustellen.

Projektdaten

Projektnummer 2002-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer ISE
Laufzeit November 2002 bis März 2004
Zuschuss 150.515

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Wärmeträgerfluide in der Geothermie: Exemplarische Gefährdungsabschätzung
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Wärmeträgerflüssigkeiten in der Geothermie

Geothermie – die Nutzung der im Erdreich vorhandenen Wärme - wird immer beliebter. 17.000 Erdwärmesonden liefern momentan allein in Baden-Württemberg Heizenergie, wobei der Oberrheingraben für diese alternative Energieform besonders geeignet ist. Um die Wärme aus dem Untergrund zu transportieren, verwenden geothermische Anlagen Wärmeträgerflüssigkeiten, sogenannte Fluide. Wie genau diese Fluide zusammengesetzt sind, ob sie umweltverträglich sind oder möglicherweise das Grundwasser gefährden, ist jedoch noch weitgehend ungeklärt. Dieser Fragestellung ging deshalb ein Projektteam aus badenova-Fachleuten und Experten des Technologiezentrums Wasser (TZW) Karlsruhe nach. Bekannt ist die Hauptsubstanz der Fluide: Es handelt sich in der Regel um Ethylen- oder Propylenglykol, zwei Alkoholen, die biologisch abbaubar und wenig toxisch sind. Die genaue Zusammensetzung der Trägerflüssigkeiten, also welche Zusatz, Duft- oder Farbstoffe enthalten sind, ist aber Betriebsgeheimnis der Hersteller. Die Wissenschaftler des TZW analysierten daher in einem ersten Schritt, welche Substanzen in einer Reihe handelsüblicher Fluide überhaupt enthalten sind. Anschließend untersuchten sie, wie gut die Trägerflüssigkeiten abbaubar sind, und ob die einzelnen Bestandteile oder deren Abbauprodukte im Grundwasser giftig wirken. In diesem Fall konnten die Forscher alternative Substanzen vorschlagen Die Ergebnisse floßen in ein Positionspapier „Erdwärmenutzung in Trinkwassereinzugsgebieten“ ein und trugen dazu bei, geothermische Verfahren zu optimieren und das Grundwasser zu schützen.

Energetische Nutzung von brennwertarmem Deponieschwachgas durch Reformierung mit Biogas
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Biogas soll die sinkende Deponiegasmenge ersetzen

Beim biologischen und chemischen Abbau von organischem Abfall entsteht Methan, das sich in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umwandeln lässt. Seit 2005 ist es in Deutschland aber verboten, Abfälle einzulagern ohne sie vorzubehandeln, so dass kaum noch organisches Material auf den Deponien anfällt. Diese an sich erfreuliche Entwicklung führt dazu, dass die Menge des Deponiegases sinkt und seine stärker schwankende Qualität Probleme beim Verbrennen bereitet. In den 300 bereits oder bald geschlossenen deutschen Deponien entstehen gleichzeitig in den nächsten Jahren noch etwa 180 Mio. Kubikmeter Deponiegas, das die Betreiber wegen seiner minderen Qualität oft abfackeln müssen. Die badenova Wärmeplus zusammen mit der Abfallwirtschaft und Städtereinigung Freiburg (ASF) und der Firma Remondis BKF lösten das Problem mit einem innovativen Verfahren, das schwaches Deponiegas mit Biogas aufwertet. Anschließend verwertet das Blockheizkraftwerk Landwasser das neue Gasgemisch zur Erzeugung von Strom und Heizwärme und erbringt so in zehn Jahren 101.500 Megawattstunden mehr als unkombinierte Verfahren. Das Biogas dafür stammt aus der Biogasanlage der Firma Remondis in der Freiburger Tullastraße, die den Bioabfall aus der Biotonne verarbeitet. Weil Regel- und Verfahrenstechnik noch unerprobt waren prüfte der Testlauf in verschiedenen Phasen unterschiedliche Gasgemengen, um den Prototyp zu optimieren. Mindestens 45 weitere Deponien in Deutschland eignen sich für das Verfahren und lassen mit einem Potential von 27 Millionen Kubikmetern Deponiegas eine Ausbeute von 100 Gigawattstunden klimafreundlicher Strom- und Wärmeerzeugung erwarten. Weiterführende Informationen zum Vorhaben und den Ergebnissen aus dem Projekt finden Sie im beigefügten Abschlussbericht. Spannende Hintergründe zu weiteren ökologischen Aktivitäten finden Sie unter anderem in einem aktuellen Förderprojekt zur Verwertung biogener Abfälle . Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die Brennstoffzusammensetzung hat einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs. Je nach Brennstoffzusammensetzung ergeben sich sehr unterschiedliche Brennstoffmischkosten (Reformgas, Biogas, Biomethan) und weiterhin wird der eingespeiste Strom entsprechend den Brennstoffbestandteilen unterschiedlich hoch vergütet. Die schnell schwankenden Änderungen der Brennstoffzusammensetzung und der Brennstoffmenge, als auch die fehlende Versorgungssicherheit bei Ausfall einer Gasproduktionsstätte führen zu höheren Stillstandszeiten im Vergleich zu erdgasgasversorgten BHKW-Konzepten. Zur Regelung der Brennstoffzusammensetzung ist ein MSR-System erforderlich, welche die Druckverhältnisse, Heizwerte und Mengenanteile so aufeinander abstimmt, dass sämtliche Anlagen innerhalb ihrer vorgegebenen Parameter betrieben werden können.