BHKW und Absorptionskältemaschinen

Die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) ist die Ergänzung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) um eine Absorptionskältemaschine (AKM). Im deutschen Sprachraum hat sich der Begriff des "Totalenergieverbund" durchgesetzt. International wird die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung als "Trigeneration" bezeichnet, wodurch die Bezeichnung "Cogeneration" für die KWK konsequent fortgesetzt wird.

Eine Absorptionskältemaschine erzeugt die Kälte durch den Einsatz von Wärme, sie hat einen "thermischen Verdichter". Dadurch ist sie in der Lage, aus der Wärme Kälte zu erzeugen, wodurch der Wärmeverbrauch ansteigt und das Heizkraftwerk einen höheren Nutzungsgrad erfährt.

Durch den Einsatz der Absorptionskältemaschine wird entweder der Betrieb, oder auch die Anschaffung einer Kompressionskältemaschine (KKM) vermieden. Dies führt zu einer Stromeinsparung.

Ein wirtschaftlicher Vorteil der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ergibt sich sowohl aus dem höheren Nutzungsgrad, als auch aus dem niedrigeren Preis für Wärmeleistung im Gegensatz zum Strompreis.

Grundlagen der Absorptionskältemaschinen

Absorption wird das Lösen von Gasen in Flüssigkeiten genannt. Die Fähigkeit einer Flüssigkeit ein Gas zu absorbieren, hängt vom Druck und der Temperatur ab. Flüssigkeiten, die wenig oder gar kein Gas gelöst haben, werden "arme" Lösungen genannt, im Gegensatz zu "reichen" Lösungen, in denen viel Gas gebunden ist.

Die Abhängigkeit von Temperatur und Druck, der spezifischen Stoffeigenschaften und der Konzentrationen bestimmen die Eckwerte einer Absorbtions- Kältemaschine.

Abhängig vom Kältemittel ist in erster Linie die tiefste erreichbare Temperatur, auf die die Anlage herunter kühlen kann. Bei der Kombination LiBr/Wasser mit Wasser als Kältemittel, ist eine Temperatur von 4,5 °C die untere Grenze. Ammoniak als Kältemittel ermöglicht Temperaturen von -60 °C.

Wenn das Arbeitspaar feststeht, gibt es noch verschiedene Faktoren, die die Effektivität einer Absorptionskältemaschine beeinflussen. Die Effektivität einer Absorptionskältemaschine wird durch das Wärmeverhältnis

 

beschrieben.

Q0 ist die Kälteleistung des Verdampfers.

QH ist die dem Kocher zugeführte Heizwärme.

QP ist das Wärmeäquivalent der Pumpenarbeit, welches meistens nicht berücksichtigt wird, da es nur ca. 1% der Heizwärme beträgt. Das Wärmeverhältnis wird immer öfter mit der Bezeichnung COP (Coefficient of performance) angegeben.

Die Heizleistung soll in einer Kraft-Wärme-Kälte-Koppelung (KWKK) von einem BHKW zur Verfügung gestellt werden. Das BHKW kann die Heizleistung über einen Abgaswärmetauscher zur Verfügung stellen, oder es kann der Kühlkreislauf genutzt werden. Der Abgaswärmetauscher liefert die höhere Heiztemperatur, kann aber keinen so großen Volumenstrom zur Verfügung stellen. Er hat zudem das Problem, dass er verdreckt. Der Kühlwasservolumenstrom des BHKWs ist größer, kann jedoch nicht das hohe Temperaturniveau liefern. Heißgekühlte Motoren (bis 130 °C, MAN) sind zwar möglich, jedoch teuer.

Es ergibt sich folgendes Schaltschema (bei Nutzung eines Abgaswärmetauschers):

chaltschema Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mit einer Absorptionskältemaschine am Abgaswärmetauscher

Abb.2: Schaltschema Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mit einer Absorptionskältemaschine am Abgaswärmetauscher

Mit einem Pufferspeicher für den Wärmeverbraucher und den Kälteverbraucher lässt sich die Gesamtanlage noch optimieren.

Aus den Zusammenhängen der verschiedenen Anlageteile ergibt sich eine Komplexität, die in der ersten Auslegungsphase schwer zu
überschauen ist. Hier setzt das Programm BHKW-Plan ein und ermöglicht eine schnelle, aussagekräftige Einschätzung, die mit konkreteren Daten (Herstellerinformationen zu den Maschinen, Strommessungen, Neuberechnungen der Stromtarife, usw.) immer genauer wird.

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