Auslegung, Konstruktion und Bau einer Abwärmerückverstromungsanlage für die universitäre Energieversorgung
Projektbeschreibung
An der Universität Dortmund hat ein konventionelles Blockheizkraftwerk 1994 seinen Betrieb aufgenommen. Aufbauend auf den Ergebnissen aus mehreren Versuchsanlagen wurde eine Dampfschraubenmotoranlage entwickelt (siehe Abbildung 1), die seit Januar 1998 im BHKW der Universität Dortmund als Demonstrationsanlage betrieben wird, um mit Hilfe der hier gesammelten Erfahrungen derartige Anlagen weiter optimieren zu können.
Aufbau des konventionellen BHKW bis Januar 1998
Die unterlegte Fläche des vereinfachten Wärmeschaltplanes verdeutlicht den konventionellen Teil der universitären Energieversorgung zur Deckung der Grundlast an elektrischer Energie und Fernwärme zur Heizung bzw. Kühlung im Sommer. Hierzu werden drei erdgasbetriebene Verbrennungsmotoren eingesetzt, die eine elektrische Leistung von jeweils 650 kW direkt in das Niederspannungsnetz der Universität einspeisen. Das Abgas der Motoren gelangt mit einer Temperatur von ca. 660°C in drei den Motoren nachgeschaltete Wärmetauscher, die jeweils einen Beitrag von ca. 500 kW an der gesamten ins Fernwärmenetz der Universität eingespeisten Motorwärme liefern. Drei erdgasbefeuerte Heißwasserkessel decken den zusätzlichen Wärmebedarf. Die Auslegung des Kraftwerks ermöglicht einen Vollastbetrieb der Motoren von jeweils » 7000 h/a.
Die Vorlauftemperatur im Fernwärmenetz beträgt in der Regel » 105 - 115° C. Die große Temperaturdifferenz zwischen Abgas- und Vorlauftemperatur zeigt ein hohes Exergiepotential des Abgases, das in einem zwischengeschalteten, sekundären Energiewandlungsprozeß genutzt werden kann. Die Abwärme des sekundären Energiewandlers (Schraubenmotor) steht dann auf niedrigem Exergieniveau der Fernwärme zur Verfügung. Für diesen Zweck erscheint der Schraubenmotor als ein besonders geeigneter Energiewandler zur sekundären Stromerzeugung.
Aufbau des BHKW mit Schraubenmotoranlage seit Januar 1998
Im Januar 1998 wurde eine Dampfschraubenmotoranlage im BHKW in Betrieb genommen. Ein Teil der vorhandenen Abgaswärme wird in elektrische Energie gewandelt, bevor die Restwärme ins Fernwärmenetz eingespeist wird. Die Energiewandlung erfolgt nach dem Clausius-Rankine-Prozeß mit Überhitzung, wobei die Kesselfeuerung zur Dampferzeugung über die Abgase der Gasmotoren erfolgt, siehe Bild . Der hier entstehende Dampf treibt einen Schraubenmotor an, welcher über ein externes Untersetzungsgetriebe mit einem Generator gekoppelt ist. Die bei der anschließenden Kondensation in einem Plattenwärmetauscher anfallende Wärme wird in das Fernwärmenetz eingespeist. Der zugehörige Wasserkreislauf, der mit mehreren anderen Kreisläufen über eine hydraulische Weiche gekoppelt ist, kennzeichnet die Einbindung der Anlage auf der Niederdruckseite des BHKW. Dieser Aufbau erlaubt eine Anpassung der Massen- und Wärmeströme in einzelnen Kreisen, ohne den Systemdruck in einem anderen Kreis zu beeinflussen.
Fragen zum Projekt
Kooperation / Förderung
Dieses Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, das Land NRW, die Bundesregierung und Partnern aus der Industrie unterstützt.