Вариант 9
Kraft-Wärme-Kopplung
Bei der thermischen Kraft- bzw. Stromerzeugung in einem Kraftwek wird Wärmeenergie in kinetische bzw. elektriche Energie umgewandelt. Hierbei bleibt zwangsläufig ein nicht unbeträchtlicher Anteil der Wärmeenegie (auf niedrigem Temperaturniveau) ungenutzt, da Wärme auf niedrigem Temperaturniveau nur noch wenig Arbeisfähigkeit (Exergie) bezitzt.
Insbesondere geht beim Dampfkraftprozeβ die bei der Kondensation des Dampfes freiwerdende Kondensationswärme verloren, die an den Kühlkreislauf des Kraftwerks abgegeben wird. Besteht nun ein Bedarf an Wärme zum Heizen, Trocknen oder dgl., d.h. ein Bedarf an Energie nicht im Sinne von mechanische Arbeit, so kann man hierzu die Restwärme aus dem Dampfkraftprozeβ mit heranziehen.Wird eine Anlage mit diesen beiden Produktionszielen, Abgabe von Arbeitsenegie und Wärmeenergie, betrieben, so spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung. Entsprechend den Haupteinsatzbereichen unterschiedet man zwischen industrieller Kraft-Wärme-Kopplung und Kraft-Wärme-Kopplung bei der Fernwärmeversorgung.
Die Auskopplung von Wärme kann prinzipiell auf zwei Wegen geschehen: Im ersten Fall hebt man den Druck am Turbinenende über den Atmosphärendruck an und führt den dort austrenden Dampf dem Fernwärmenetz zu, an das die Wärmeverbraucher angeschlossen sind (Gegendruckverfahren); hiev sind Wärme- und Stromproduktion proportional. Man wendetdas Gegenruckverfahren hauptsählich für die industrielle Kraft-Wärme-Kopplung an; denn hier fallen häufig Strombedarf und Wärmebedarf produktionsbedingt zeitgeleicht an. Im zweiten Fall entnimmt man der Turbine bei verschiedenen Druck-und Temperaturstufen Dampf zurWärmeabgabe (Entnahmekondensation). Hier ist eine teilweise Entkopplung von Strom- und Wärmeproduktion möglich.
In der Fernwärmewirtschaft wählt man meist den zweiten Weg, da hier im allgemeinen Wärme-und Strombedarf keinen zeitgleichen Verlauf haben. Da in beiden Fällen der entnommene Dampf h Arbeitsfähigkeit bezitzt, die von der Turbine nicht mehr genutzt werden kann, führtdie Wärmeentnahme zu einer Verringerung der Stromproduktion (Stromeinbuβe). Dem steht aber ein zusätzlicher Wärmegewinn gegenüber, da die sonst an die Umgebung abgegebene Kondensationswärme mitgenutzt wird. Der Wärmegewinn ist gröβer als die Stromeinbuβe, so daβ in etwa eine Verdopplung des Anlagenwirkungsgrades erziet werden kann. So kann z.B. die Kraft-Wärme-Kopplung etwa 25% Energie einsparen im Vergleichzur dezentralen Wärmeversorgung und ungekoppelten Stromerzeugung. Darüber hinaus trägt sie zur Umweltentlastung bei.
Da beider Fernwärme eine Vielzahl räumlich voneinander getrennter Wrmeverbraucher von einer zentralen Einheit versorgt werden müssen, müssen zusätzlich zur Zentrale ein Verteilungsnetz (Rohrleitungsnetz für Heiβ- bzw. Warmwasserhin- und Kaltwasserrücktransport) und Übergabeanlagen beim Verbraucher eingerichtet werden. Die Kostenintensität dieser Einrichtungen erlaubt die Realisierung der Fernwrmeversorgung nur bei hohen Verbraucherdichten. Neben dem hier geschilderten Dampfkraftprozeβ eignen sich auch andere Krafprozesse wie der der Gasturbine oder der Motorenkraftprozeβ (Blockheizkraftwerke) fr die Kraft-Wärme-Kopplung.