Das Prinzip der Kraft-Wärme-Koppelung

Mit dem in der Biogasanlage (BGA) erzeugten Gas wird ein Blockheizkraftwerk (BHKW) betrieben, das gleichzeitig elektrische Energie und Wärme erzeugt. Das Herzstück des BHKW bildet ein Motor mit einer Leistung von 526 kW, der über einen angeschlossenen Generator elektrische Energie erzeugt. Die bei dem Verbrennungsprozess entstehende Wärme wird weitgehend nicht an die Umgebung abgegeben, sondern für den Betrieb der Biogasanlage und die Versorgung der Feldheimer Haushalte und Gewerbebetriebe genutzt. Dieses als Kraft-Wärme-Koppelung bezeichnete Verfahren ermöglicht einen sehr hohen Wirkungsgrad und ist CO2-neutral, da nur genau die Menge an Kohlendioxid freigesetzt wird, die die verwendeten Pflanzen zuvor aufgenommen haben.

Wie funktioniert das Feldheimer Nahwärmenetz?
Etwa ein Fünftel der gewonnenen Wärmeenergie wird in Form von ca. 90 °C warmem Wasser über ein Wärmeverteilsystem (1) ausgekoppelt und zur Beheizung des Fermenters der BGA (2) verwendet. Die restliche Wärmeenergie wird über eine Wärmeauskoppelungseinheit (3) in das Wärmeverteilzentrum (WVZ) geleitet. Im WVZ wird die Wärmeenergie direkt in das Wärmeversorgungsnetz  (4) eingespeist; mit der nicht benötigten Wärme wird der Wärmespeicher (5) „aufgefüllt“.  Der Wärmespeicher springt ein, wenn die Biogasanlage einmal kurzzeitig nicht zur Verfügung steht, z.B. bei Wartungsarbeiten am BHKW.
Wie viel Wärme wird benötigt?
Würden alle Feldheimer Abnehmer ihre Heizungsanlagen auf volle Kraft laufen lassen, so müssten Wärmeerzeugungsanlagen mit einer Leistung von 1600 kW zur Verfügung stehen.
Allerdings reicht auch eine Wärmeerzeugungskapazität von ca. 1000 kW, wenn man berücksichtigt, dass in der Praxis nicht alle Abnehmer gleichzeitig die volle Wärmeleistung benötigen. Durch optimale Steuerung des Wärmeverteilzentrums kann die vorzuhaltende Erzeugungskapazität sogar noch weiter verringert werden.

Für die meiste Zeit des Jahres sind die 400 kW Leistung, die das BHKW zur Verfügung stellt, völlig ausreichend. Damit es aber auch an kalten Tagen überall warm bleibt, steht zusätzlich noch ein Holzhackschnitzel-Heizwerk (6, HHZK) mit einer Leistung von weiteren 400 kW zur Verfügung. In den so genannten Spitzenlastzeiten, also in den Stunden, in denen besonders viel Wärme benötigt wird, z.B. an einem kalten Wintermorgen, kann dann noch die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme genutzt werden. Der Wärmespeicher wird dann in den übrigen Stunden wieder „aufgefüllt“. Im Bedarfsfall stehen stundenweise zusätzliche 120 kW Heizleistung von der BGA zur Verfügung. Im Havariefall kann außerdem eine mobile Heizzentrale an das WVZ angeschlossen werden.  Die Versorgung der Feldheimer mit Wärme ist also auf vielfache Weise gesichert.

Nahwärmenetz oder Fernwärmenetz?
Begrifflich werden abwechselnd Nahwärmenetz oder Fernwärmenetz gebraucht. Eine eindeutige Abgrenzung dieser Begriffe gibt es nicht. In Feldheim könnte man noch am ehesten von einem Nahwärmenetz sprechen. Die Bezeichnung Fernwärmenetz benutzt man dagegen eher, wenn die Wärmeenergie über viele Kilometer hinweg zu den Nutzern transportiert wird.

Erklärung zur Grafik

Die roten Linien bezeichnen den sog. Vorlauf (VL=warm), während die blauen Linien den Rücklauf (RL=kalt) darstellen.

Über den Wärmeverteiler der Biogasanlage (1) wird ungefähr 90 °C heißes Wasser bereitgestellt und über die Wärmeauskopplungseinheit (3) zum Wärmeverteilzentrum gepumpt. Über die Wärmeverteilung (7) wird das Wärmeversorgungsnetz (4) gespeist. Die nicht sofort benötigte Wärme wird im Wärmespeicher (5) gespeichert.

Im gedämmten Rohrleitungsnetz der Wärmeversorgung, bzw. im gesamten System, wird nur reines Wasser transportiert. Zum Schutz, z.B. gegen Verkalken, wird dieses Wasser über eine Wasseraufbereitungsanlage (8) entsprechend aufbereitet. Dies geschieht bei der Erstbefüllung und dann nur noch, wenn es zu Wasserverlusten in der Leitung kommt, z.B. durch einen Rohrbruch im Verteilernetz. Bei kleinen Undichtheiten wird der daraus resultierende Wasserverlust durch das System automatisch aufgefüllt. Es handelt es sich hier also um ein so genanntes geschlossenes System; es muss nicht ständig Wasser nachgepumpt werden.

Im Wärmeverteilzentrum befindet sich die Wärmeverteileinheit (7), an die über das Vor- und Rücklaufsystem die Biogasanlage, der Speicher und das Holzhackschnitzel-Heizwerk angeschlossen sind. Je nach Bedarf können die jeweiligen Komponenten einzeln zu- oder abgeschaltet werden. Ein leistungsgesteuertes Pumpensystem sorgt dafür, dass stets genug heißes Wasser im Versorgungsnetz bereitgestellt wird.

Über den Wärmeverteiler ist auch das Holzhackschnitzelheizwerk angeschlossen. Dieses wird zugeschaltet, wenn die Steuerung des Wärmeverteilzentrums erkennt, dass über einen vorab definierten Zeitraum hinweg die Biogasanlage keine ausreichende Wärmeenergie liefert und der Wärmespeicher einen kritischen Füllstand erreicht hat.

Die Steuerung erfasst alle von den einzelnen Anlagen gelieferten Daten und wertet diese aus. Durch den ständigen Abgleich der Soll- und Ist-Werte wird das ganze System automatisch betrieben.

Jede Abnahmestelle ist mit einer Wärmeübergabestation ausgestattet, mittels derer die über den Primärkreislauf empfangene Wärmeenergie in Form von mindestens 80° C heißem Wasser an den hausinternen Sekundärkreislauf abgegeben wird. Das dann auf ungefähr 60° C abgekühlte Wasser des Primärkreislaufes gelangt anschließend über die Rücklaufleitungen zurück ins Wärmeverteilzentrum.

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