KWK-Stromerzeugung mit höchsten Wirkungsgraden
Bild 2. Wirkungsgrade von Blockheizkraftwerken (BHKW) im Vergleich mit Großkraftwerken; Referenzkraftwerke: GuDKraftwerk Fortuna der Stadtwerke Düsseldorf (beste auf dem Markt erhältliche Technologie), Braunkohlenkraftwerk
Bild 3. Primärenergieeinsparung (PEE) und Primärenergiemehrverbrauch (PMV): Je nach lokalen Gegebenheiten beträgt bei Verzicht auf KWK der PMV zwischen 13 und 61 %
Die Effizienz der Stromerzeugung der KWK-Anlagen wird durch den elektrischen Wirkungsgrad ηel-kw unzureichend beschrieben. Im Kern geht es um die Frage, um wie viel sich der Primärenergieeinsatz am Anlagenstandort durch die Stromerzeugung erhöht. Es wird also nach der Effizienz gefragt, mit der die am KWK-Standort zusätzlich aufgewendete Primärenergie ΔQpr in die darin gewonnene elektrische Energie Pel umgewandelt wird. Der Quotient Pel/ΔQpr stellt also eine Art Wirkungsgrad dar, mit dem genau diese Frage beantwortet wird [2]. Dieser wird im Folgenden als „Verstromungswirkungsgrad der in der KWK-Anlage zusätzlich eingesetzten Primärenergie“ (Gl. 3) bezeichnet. Hierfür wird das Formelzeichen ηel* (gelesen: eta-elektrisch-stern) verwendet. (3)
Berechnungsformel für den Verstromungswirkungsgrad (Gl. 4): Der in Gl. 4 einzusetzende Referenzwirkungsgrad des Wärmeerzeugers, der von dem Blockheizkraftwerk (BHKW) verdrängt wird, richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Bei einer Neuinstallation wird stets ein Brennwertkessel als Alternative in Betracht kommen (ηth-ref = rd. 100 %; Tafel 1). Im Fall eines Zubaus zu einer bestehenden Wärmeerzeugung wird ein vorhandener Kessel vom BHKW ersetzt (ηth-ref = rd. 90 %; Tafel 1).
| BHKW Neuinstallation Brennwertkessel | BHKW Zubau vorh. Kessel | BHKW Neuinstallation Brennwertkessel | BHKW Zubau vorh. Kessel | |
| P-el | 0,05 MW | 0,05 MW | 2,00 MW | 2,00 MW |
| ηel | 34,2 % | 34,2 % | 43,0 % | 43,0 % |
| ηth | 56,2 % | 56,2 % | 53,0 % | 53,0 % |
| ηtot | 90,4 % | 90,4 % | 96,0 % | 96,0 % |
| ηth-ref | 100,0 % | 90,0 % | 100,0 % | 90,0 % |
| ηel* | 78,1 % | 91,1 % | 91,5 % | 104,6 % |
Selbst bei Neuinstallation (BHKW versus Brennwertkessel) ergibt sich für ein Klein-BHKW gegenüber der besten verfügbaren Technologie (GuD-Kraftwerk) eine beachtliche Überlegenheit (78 % zu 60 %, Bild 2). Wird eine vorhandene Wärmeerzeugung (Kesselwirkungsgrad 90 %) durch ein hocheffizientes BHKW in der 2-MW-Klasse ersetzt, dann wird mit der lokal zusätzlich eingesetzten Primärenergie das rd. 1,05-fache an elektrischer Energie gewonnen (Bild 3).