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Das Energiesystem der werkkraft

Grundlage des innovativen Energiesystems der werkkraft ist die Sektorenkopplung. Im Werksviertel-Mitte werden die Energiesektoren Strom, Wärme und Kälte konsequent zusammengedacht, mit dem Ziel, die Verluste bei der Energieerzeugung so gering wie möglich zu halten. Normals Gaskraftwerke erzielen eine Wirkungsgrad von etwa 40 Prozent. Moderne Kohlekraftwerke kommen auf 50 Prozent. Das heißt: Die Hälfte oder sogar noch mehr Energie geht dort bereits bei der Erzeugung verloren. Nichts so im Werksviertel-Mitte. Hier erreichen wir bei der Energieerzeugung einen Wirkungsgrad von über 95 Prozent. Wie wir das schaffen? Indem wir die Wärme, die bei der Stromerzeugung entsteht, als Nahwärme nutzbar machen oder in Kälte umwandeln. Ins Energiesystem des Werksviertel-Mitte sind zudem unsere eigenen PV-Anlagen sowie unsere Grundwasserbrunnen integriert.

Ein Blick auf einzelne Teile unseres Energiesystems:

Das BHKW - das Herz der Energiezentrale

Strom und Wärme gekoppelt

Sektoren:

Input: Erdgas
Output: Wärme + Strom (Kraft)

Unser Blockheizkraftwerk (BHKW) wird wärmegeführt betrieben. Das heißt, wir setzen es primär für die Wärmeversorgung ein. Strom ist ein willkommenes „Nebenprodukt“. In unserem BHKW verbinden wir also die Sektoren Wärme und Kraft. Dieser Vorgang ist als Kraft-Wärme-Kopplung bekannt. Blockheizkraftwerke zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad von über 90 Prozent aus. Technisch kann man es sich wie einen Otto-Motor vorstellen, nur dass bei diesem die Wärme an die Umwelt abgegeben wird. In unserem BHKW wird die Wärme dagegen durch Wärmeaustausch mittels Gemischkühlung, Ölkühlung, Motorkühlung und Abgaskühlung aufgefangen. Den größten Anteil an der Wärmerückgewinnung macht die Abgaskühlung aus. Das Abgas tritt mit Temperaturen von 400 – 500 °C aus dem Motor aus und wird auf ca. 120 °C ausgekühlt

Für BHKW gibt es verschiedene lohnende Einsatzgebiete. Dazu gehören Fern- und Nahwärmenetze, Stadtquartiere, aber auch wärmeintensive Industriebetriebe, wie zum Beispiel Getränkehersteller. BHKW eignen sich überall dort, wo Prozesswärme benötigt wird. Eine wichtige Eigenschaft macht BHKW zudem zu einem Notstromaggregat. BHKW laufen schnell an. Unsere sind zudem schwarzstartfähig. Das heißt, die BHKW fahren selbst bei Stromausfall wieder an und halten das Netz in Kombination mit unserem Batteriespeicher stabil.

In Zukunft wollen wir unsere BHKW mit Biogas oder – wenn möglich – grünem Wasserstoff betreiben.

Gut zu wissen: Wir können über 80 Prozent des Wärmebedarfs des gesamten Werksviertels mit den BHKW decken. Bei der Wärmeversorgung ist das Werksviertel-Mitte zu 100 Prozent autark.

Kennzahlen (für ein BHKW):

Thermische Leistung: 1111 kW
elektrische Leistung: 850 kW
Thermischer Wirkungsgrad: 51 %
Elektrischer Wirkungsgrad: 39 %
Gesamtwirkungsgrad (Brennstoffausnutzungsgrad): 90 %
Kraftstoffverbrauch (Erdgas) bei Volllast: 216 m3/h (219,5 Nm3/h)
Drehzahl (Volllast): 1.500 U/min
Die elektrische Leistung des BHKWs entspricht 1.156 PS.

Der Pufferspeicher – eine ziemlich große Thermoskanne

Mehr Flexibilität für unser Energiesystem

Sektoren:

Input: Wärme
Output: Wärme

Es kommt vor, dass wir mehr Wärme produzieren, als gerade benötigt wird. Doch statt unsere wärmeproduzierenden Blockheizkraftwerke (BHKW) zu drosseln, speichern wir die Wärme lieber zwischen. Warum? BHKWs arbeiten bei Volllast effizienter. Indem wir häufigen Ein- und Abschalten oder das Takten von Wärmeerzeuger vermeiden, betreiben wir die Anlagen insgesamt schonender. So können wir den Verschleiß reduzieren und die Lebensdauer unserer BHKW erhöhen.

Der Pufferspeicher befindet sich zwischen Wärmeerzeugern und Wärmenetz (bzw. unseren Wärmeabnehmern). Erzeuger- und Nutzerseite sind also voneinander technisch und zeitlich getrennt und können – wann immer nötig – wieder gekoppelt werden. Die isolierten Wassertanks darf man sich wie eine große Thermoskanne vorstellen. Die offizielle Bezeichnung heißt thermisch isolierter Warmwasserspeicher. Die maximale Wassertemperatur im Speicher liegt bei 96 °C. Die Mindesttemperatur liegt bei ca. 60 °C.

Gut zu wissen: Der Wirkungsgrad eines Heizsystems erhöht sich durch den Einsatz von Pufferspeichern um 10 bis 20 Prozent.

Kennzahlen:

Volumen: 2 x 12.000 l = 160 randvoll gefüllte Standard-Badewannen (150 l)
Gespeicherte Wärme: ca. 1003,2 kWh = 2 Monate Wärmebedarf eines neugebauten Einfamilienhauses (150 m²)
Temperaturspreizung: ca. 36 K (Temperatur max. ca. 96 °C, Temperatur min. ca. 60 °C)

Die Hochtemperaturwärmepumpe – Aus warm wird heiß

Die Abwärme der Kältemaschinen nutzbar machen

Sektoren:

Input: Strom, (Abwärme bei niedrigem Temperaturniveau)
Output: Wärme

So wie wir mit unseren Absorptionskältemaschinen (AKM) aus Wärme Kälte machen können, können wir Kälte auch in Wärme umwandeln. Dafür sorgt unsere Hochtemperaturwärmepumpen HTWP. Energiequelle ist hier die Abwärme aus dem Rückkühlkreislauf unserer AKM. Die Temperatur der Abwärme wäre zum Heizen viel zu kalt. Sie liegt nämlich bei nur 33 °C / 27 °C. Mit unserer Hochtemperaturwärmepumpe, in der wir das Kühlschrank-Prinzip einfach umdrehen, bringen wir die Abwärme der AKM auf ein für das Heizen brauchbares Temperaturniveau von 80 °C. Auf diese Weise nutzen wir die Energie des von uns in den BHKW eingesetzten Erdgas zum 4. Mal:

Erdgas -> Stromerzeugung (BHKW), Wärmeerzeugung (BHKW) -> Kälteerzeugung (AKM) -> Wärmeerzeugung aus Abwärme der AKM (HTWP)

Klassische Wärmepumpen nutzen Kältequellen wie Luft, Grundwasser oder Erdwärme. Diese unterliegen jahreszeitabhängigen Schwankungen, wodurch auch die Effizienz der HTWP schwanken würde. Durch die konstante Temperatur der Abwärme aus den AKM gibt es diesen negativen Effekt bei unseren HTWP nicht.

Im Werksviertel sind zwei HTWP in Reihe geschaltet. Somit kann in zwei Schritten ein großer Temperaturhub bei einem vergleichsweise guten COP-Wert (Coefficient of Performance, die Leistungszahl einer Wärmepumpe) erreicht werden.

Kennzahlen:

(für Reihenschaltung der beiden WP)

Heizleistung: 1281 kW, (Kälteleistung: 985 kW)
COP-Heizbetrieb: 3,98 (COP-Kühlbetrieb: 3,06)
Temperaturniveaus: 40 °C -> 61,3 °C (1.WP) und 61,5 °C -> 80 °C (2.WP)

Die Absorptionskältemaschinen – Das Kühlschrank-Prinzip

Noch mehr Energieeffizienz dank Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Sektoren:

Input: Wärme (aus BHKW)
Output: Kälte

Kälte ist so etwas wie der Champagner in unserem Energiesystem, das i-Tüpfelchen. Vor dem Hintergrund immer wärmer werdender Sommer wird Kälte in den durch Versiegelung besonders aufgeheizten urbanen Räumen allerdings immer wichtiger werden. Normalerweise wird Kälte in Industrieprozessen in der Textilindustrie, der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie oder aber der Elektronikindustrie gebraucht.

Unsere Kälte gewinnen wir mit Hilfe von Absorptionskältemaschinen (AKM). In ihnen wird Wärme aus unserem BHKW durch das Zusammenspiel eines Kältemittels und eines Absorptionsmittels in Kälte umgewandelt. Ab einer Temperatur von 0 Grad können wir Kälte auch aus der Umgebung gewinnen, so dass wir die dann wertvolle Heizungswärme nicht für die Kälteproduktion verbrauchen.

Mit der AKM wird Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung realisiert. Damit werden insgesamt drei Sektoren mit einem Brennstoffstrom versorgt.

Kennzahlen:

Kühlleistung: 2 x 787 kW
Kältemittel: entionisiertes Wasser
Absorptionsmittel: Lithiumbromid (LiBr)