22.04.2002

Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit Erdgas: Innovativer Einsatzfall mit Stirlingmotor

Unter dem Begriff "Mikro-KWK" werden motorische Anlagen und Brennstoffzellen mit Leistungen < 10 kWel und Gasturbinenanlagen mit Leistungen < 100 kWel verstanden. Hierbei werden die Technologien Verbrennungsmotoren, Stirlingmotoren, Gasturbinen und Brennstoffzellen unterschieden, die derzeit viel versprechende Ansätze im Kleingewerbe und in häuslichen Anwendungsgebieten zeigen.
 
Mikro-KWK-Anlagen werden überall dort vorteilhaft eingesetzt, wo ihre elektrische und thermische Nutzenergie möglichst zeitgleich und über mindestens 5.000 Stunden pro Jahr zur Versorgung des Betreibers dient. Dies sind im Leistungsbereich um 1 kWel der Einzelhaushalt, im Leistungsbereich um 5 kWel das Mehrfamilienhaus und der Kleingewerbebetrieb und im Leistungsbereich ab 30 kWel größere Wohn- und Nutzgebäude. Sehr interessant kann vor allem der Einsatz in der Wohnungswirtschaft und im Gewerbebereich sein. Diese Unternehmen unterliegen i.d.R. der vollen Ökosteuer für Strom und Erdgas. Von beiden Steuern sind der Brennstoffeinsatz für und die Stromerzeugung von KWK-Anlagen jedoch ausgenommen. Die Wirtschaftlichkeit wird zusätzlich durch das neue KWK-Gesetz verbessert, das den Betreibern von KWK-Anlagen für den ins Netz zurückgespeisten Strom einen Zuschlag zusichert.
 
Die ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch hat nun einen Einsatzfall einer neuen Mikro-KWK-Anwendung auf Basis eines Stirlingmotors vorgestellt.
 
Eine Anlage der Firma Solo aus Sindelfingen ist bei dem Energieversorgungsunternehmen Mainova AG, das die Stadt Frankfurt mit Strom, Wärme, Erdgas und Wasser beliefert, schon seit rund eineinhalb Jahren in Betrieb. Das BHKW-Modul ist hier in eine Gasentspannungsanlage integriert und liefert bis zu 9 kW an elektrischer und bis zu 24 kW an thermischer Leistung. Die erzeugte Wärme dient zum Vorheizen des Erdgases, damit es sich beim Entspannungsprozess nicht zu sehr abkühlt, während der Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird.
 
Die Anlage besteht im Prinzip aus einem Antriebsaggregat, dem Motor, und einem Generator. Der Motor arbeitet nach dem Stirling-Prinzip, er wird also nur mit von außen zugeführter Wärme angetrieben. Da sich hierfür moderne Brenner und der schon von sich aus emissionsarme Brennstoff Erdgas verwenden lassen, betragen die Emissionswerte von modernen Stirling-Brennern derzeit lediglich rund 50 ppm CO und 80 ppm NOx. Zu diesem positiven Ergebnis trägt nicht zuletzt auch die so genannte "flammenlose Oxidation" bei. Sie zeichnet sich vor allem durch eine starke Verdünnung des Brenngases aus, in deren Folge die Maximaltemperatur unter 1.400 °C bleibt, was wiederum die thermische Stickoxidbildung wirkungsvoll verringert.
 
Als Arbeitsgas für den 160-Kubikzentimeter-Motor setzt Solo das Edelgas Helium ein, das im Vergleich zu Luft bessere Kennwerte ermöglicht. Aus diesem Grund sowie durch eine optimierte Luftvorwärmung im Brenner kann das Stirling-BHKW-Modul einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreichen.
 
Dipl.-Ing. Michael Gersch, Leiter Kompetenzzentrum Energiedienstleistungen bei Mainova: "Wir sind mit der Zuverlässigkeit der Solo-Stirling-Engine zufrieden. Vorteilhaft für uns sind die ‚Langläufer'-Qualitäten der Anlage, da nur alle 5.000 bis 8.000 Stunden Wartungsarbeiten eingeplant.
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Jürgen Stefan Kukuk
Telefon: 0 30 / 22 19 13 49-0
E-Mail: kukuk@asue.de