Mikroprojekt eQBoosterHT

Effizienzpotenziale von Blockheizkraftwerken besser nutzen

Blockheizkraftwerke (BHKW) erzeugen gleichzeitig elektrische Energie und Wärme. Die Wärme kann lokal genutzt oder über ein Nahwärmenetz an Verbraucher in räumlicher Nähe verteilt werden. Im Mikroprojekt eQBoosterHT haben Forschende untersucht, wie sich Absorptionswärmepumpen an BHKW einsetzen lassen und damit für schnelle Energieeffizienzgewinne – insbesondere bei Industrieunternehmen – sorgen können. Im Interview erklärt Dr.-Ing. Manuel Riepl, welche Primärenergie-Einsparungen möglich sind und warum das Konzept trotz langfristiger Abschaffung der BHKW sinnvoll ist.

Herr Dr. Riepl, warum werden Blockheizkraftwerke (BHKW) auch in den nächsten Jahren noch für die Wärmeerzeugung wichtig sein und weshalb ist die Arbeit an Effizienzthemen in diesem Bereich weiterhin wichtig?

Die Kraft-Wärme-Kopplung wird ihre Rolle verändern. Bisher war sie in Industrie sowie Fern- und Nahwärmeversorgung eher ein Grundlastsystem. Mit langen Laufzeiten bei einer gut vergüteten Stromproduktion war sie besonders attraktiv. Das ändert sich, weil Erdgas kein favorisierter Brennstoff mehr ist.

Nichtsdestotrotz laufen noch sehr viele BHKW bis 2035/2038. Vielleicht nicht mehr 7.000 Stunden pro Jahr, sondern eher 2.000 bis 3.000 Stunden für die Bereitstellung von Regelenergie oder zur Überbrückung von Dunkelflauten. Daher ist es speziell für diese BHKW sehr sinnvoll, Effizienztechnologien anzubringen – vor allem wenn diese relativ schnell wirtschaftlich sind.

Welche Rolle kann eine Absorptionswärmepumpe in Verbindung mit einem BHKW spielen?

In Blockheizkraftwerken sind hohe Temperaturniveaus vorhanden – etwa durch Abgastemperaturen von über 300 Grad Celsius. Überall dort ist die Wärme viel heißer als der Verbraucher sie eigentlich braucht. Absorptionswärmepumpen sind immer dann sinnvoll, wenn ein „Temperaturüberschuss“ da ist. Sie ermöglichen es, kostenlose Niedertemperaturwärme aufzuwerten. Mit unserem eQBooster wollen wir ein kostenloses Wärmeplus herausholen ohne zusätzlichen Energieaufwand. In einem BHKW, das ein Nahwärmenetz mit Nutztemperaturen zwischen 60 und 90 Grad Celsius versorgt, kann Niedertemperaturabwärme bei etwa 40 Grad Celsius mithilfe des heißen Abgases auf das benötigte Temperaturniveau angehoben werden.

Die BHKW-Motoren laufen meistens dann, wenn die Nachfrage nach Strom und Wärme sehr hoch ist – also in dunklen, kalten Zeiträumen, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind kaum weht. Das heißt, der Strom, der dann nachgefragt wird, ist teuer – ebenso die Wärme, weil Strom auch zunehmend für elektrische Wärmepumpen eingesetzt wird. Damit kann dieses zusätzliche Wärmeplus wertvoll sein und die Wärmepumpe wirtschaftlich werden lassen, auch wenn die Laufzeiten der BHKW nicht mehr so lang sind. Unsere Untersuchungen zeigen, dass der Einsatz der Wärmepumpe auch technisch sinnvoll ist.

Was ist im Vergleich dazu der eQBoosterHT und an welchen Fragestellungen haben Sie im gleichnamigen Mikroprojekt gearbeitet?

Der eQBoosterHT ist quasi die Hochtemperaturausprägung des eQBoosters. Er hat zum Ziel, Nutztemperaturen über 100 Grad Celsius für die Industrie bereitzustellen. Zum Beispiel für die Niedertemperatur-Dampferzeugung bei knapp über 100 bis 125 Grad Celsius.

Bisher kann das heiße Abgas des BHKW benutzt werden, um in einem Dampfkessel direkt Dampf zu erzeugen. Parallel gibt es aber Abwärme bei 90 Grad Celsius vom Motorabgas oder von der Motorkühlung. Der eQBoosterHT bedient sich aus diesem mittleren Temperaturniveau. Wenn die Industrie eigentlich nur Dampf benötigt und nicht diese mittlere Temperatur, dann kann der eQBoosterHT wunderbar zur Aufwertung genutzt werden, ohne zusätzliche Energie aufwenden zu müssen.

In unserem Mikroprojekt haben wir uns mit technischen Fragestellungen beschäftigt. Was bedeuten 120 Grad Celsius im Vergleich zu der klassischen Anwendung? Beispielsweise dass der Prozess im Überdruck abläuft – sobald man über 1,5 Bar Absolutdruck kommt, gibt es andere Anforderungen an die Konstruktion der Maschine und die technische Ausführung sowie Zulassungsfragen. Das haben wir konzeptionell ausgearbeitet. Außerdem haben wir ein Software-Modell erstellt, das den Effizienzgewinn an der konkreten Anwendung voraussagt. Hierbei haben wir Anwendungsbeispiele kreiert und analysiert, in denen die Technik ihre Vorteile ausspielen kann.

Bezüglich Praxistransfer: Was sind die nächsten Schritte, um in die Praxis zu kommen?

Mit dem klassischen eQBooster laufen jetzt zwei Demonstrationsprojekte, in denen die Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt wird. Mit der Kommerzialisierung im Niedrigtemperaturbereich fühlen wir uns jetzt auch trittsicher genug, um das entwickelte Konzept in einen nächsten Schritt zu überführen – um das auch für die höheren Temperaturen bei den Industriekunden zu testen und konsequent in eine Demonstration zu überzuführen. Dazu zählen Analysen, hauptsächlich Use-Cases und Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen.