Wie Erdgas zu Druckluft wird
Die Kombination aus BHKW und Luftkompressor erzielt einen sehr guten Gesamtwirkungsgrad
Druckluft-Wärme-Kraftwerk in der Energiezentrale der Bosch Thermotechnik GmbH in Lollar.
Energie hocheffizient, wirtschaftlich und unabhängig von politischen Rahmenbedingungen wie dem KWK- und EE-Gesetz bereitzustellen – das ermöglicht das Druckluft-Wärme-Kraftwerk (DWKW) von Bosch KWK Systeme GmbH. Es macht Druckluft und Wärme dezentral verfügbar. Bereits 2015 wurde das erste DWKW installiert.
Druckluft mit Erdgasantrieb
Von außen sieht das DWKW wie ein gewöhnliches Blockheizkraftwerk aus, auch das Herzstück des Kompaktmoduls bildet nach wie vor ein Verbrennungsmotor mit einer mechanischen Wellenleistung von 60 kW. Nach dem Verbrennungsmotor ist jedoch einiges anders: Anstelle eines Generators wird mit der gesamten Antriebsleistung des Motors ein Luftkompressor angetrieben.
Die Entwickler dieses Produkts haben mehrere Herausforderungen gelöst: Um sich an den schwankenden Druckluftbedarf anzupassen, wird der Gasmotor drehzahlgeregelt betrieben. Zudem fallen bei der Umwandlung von mechanischer Energie in Druckluft mehr als 95 % Wärme an, wovon ein Großteil zusätzlich zur Wärme aus Motorkühlung und Abgas dem Heizkreislauf zugeführt wird.
Vorteile des DWKW
Die mechanische Leistung der Antriebswelle wird vom Verbrennungsmotor ohne elektrische Wirkungsgradverluste weitergegeben. Das heißt, die bei der getrennten Wärme- und Drucklufterzeugung entstehenden Verluste entfallen und die Druckluft wird effizient bereitgestellt. Weiterhin sind die Energiekosten für den Betrieb mit Gas deutlich günstiger als die Strom-
kosten bei der ursprünglichen Drucklufterzeugung.
In der energetischen Gesamtbilanz erreicht das DWKW einen Gesamtwirkungsgrad von 119 %. Die Rechnung dazu:
- Energieeintrag durch Gasverbrauch: 164 kW,
- mechanische Leistung an Antriebswelle: 60 kW,
- thermische Leistung Motorkühlung: 48 kW,
- thermische Leistung Abgaskühlung: 38 kW,
- thermische Leistung Kompressor: 48 kW,
- Gesamtwirkungsgrad:
[(60 + 48 + 38 + 48) kW/164 kW] x 100 % = rund 119 %.
Die erste Besonderheit dieser Anlage ist, dass aus 60 kW Wellenleistung 48 kW Wärmeleistung wieder nutzbar gemacht werden, die bei einem herkömmlichen elektrisch angetriebenen Druckluftverdichter, aufgrund der niedrigen nutzbaren Temperatur, in die Umgebung abgegeben werden. Das ist der Grund für den rechnerischen Gesamtwirkungsgrad. Eine zweite Besonderheit liegt darin, dass die Wärme mit einem Temperaturniveau von 90 °C zur Verfügung gestellt wird.
Bosch KWK Systeme GmbH hat sich spezialisiert u. a. auf gasbetriebene Hocheffizienz-BHKWs, auf die ORC-Technologie zur Erzeugung von elektrischem Strom aus Abwärme und auf das Druckluft-Wärme-Kraftwerk. Neben den Standard-Kompaktmodulen realisiert Bosch kundenspezifische Projekte, die auf die Belange des Kunden eingehen.
Autor: Vitalij Klassen, Vertriebsingenieur
für ORC-/BHKW-Systeme bei Bosch KWK Systeme GmbH, Lollar
Ulrich Inderthal, Geschäftsführer Bosch KWK Systeme GmbH, Lollar
