KWK | Kombinierte Wärme- und Stromerzeugung

KWK wird auch als Kombinierte Wärme- und Stromerzeugung oder Kombinierte Wärme- und Kraft (KWK) bezeichnet. Wie der Name schon sagt, arbeitet die KWK auf dem Prinzip, zwei verschiedene Formen von Energie aus einer einzigen Brennstoffquelle zu erzeugen. Von diesen beiden Formen muss eine Wärme- oder thermische Energie sein und die andere entweder elektrische oder mechanische Energie.

KWK ist die optimale, zuverlässige, saubere und effiziente Methode zur Nutzung von Brennstoff. Der verwendete Brennstoff kann Erdgas, Öl, Diesel, Propan, Holz, Bassage, Kohle usw. sein. Es arbeitet nach einem sehr einfachen Prinzip, nämlich dass der Brennstoff verwendet wird, um Elektrizität zu erzeugen, und diese Elektrizität wiederum Wärme erzeugt, die dann zum Erhitzen von Wasser für Dampf, Raumheizung und sogar zur Kühlung von Gebäuden verwendet wird.

In einer herkömmlichen Kraftwerksanlage wird der Brennstoff in einem Kessel verbrannt, was wiederum Hochdruckdampf erzeugt. Dieser Hochdruckdampf wird verwendet, um ein Tribun anzutreiben, das wiederum mit einem Wechselrichter verbunden ist und somit einen Wechselrichter antriebt, um elektrische Energie zu erzeugen.

Der Abgassdampf wird dann in den Kondensator geleitet, wo er abgekühlt und in Wasser umgewandelt wird und daher zurück in den Kessel gelangt, um mehr elektrische Energie zu erzeugen. Die Effizienz dieses herkömmlichen Kraftwerks beträgt nur 35 %. Im KWK-Kraftwerk wird der Niederdruckdampf, der aus der Turbine kommt, nicht kondensiert, um Wasser zu bilden, sondern stattdessen für Heiz- oder Kühlzwecke in Gebäuden und Fabriken verwendet, da dieser Niederdruckdampf aus der Turbine eine hohe thermische Energie hat.

Das KWK-Kraftwerk hat eine hohe Effizienz von etwa 80 – 90%. In Indien beträgt das Potenzial der Stromerzeugung aus KWK-Anlagen mehr als 20.000 MW. Das erste kommerzielle KWK-Kraftwerk wurde 1882 von Thomas Edison in New York gebaut und entworfen.

Wie im obigen Diagramm gezeigt, liefert in einem traditionellen Kraftwerk, wenn wir Brennstoff als Eingabe geben, elektrische Energie und Verluste als Ausgabe, aber im Fall der KWK, bei der Brennstoff als Eingabe gegeben wird, sind die Ausgaben elektrische Energie, Wärme- oder thermische Energie und Verluste.

In einem herkömmlichen Kraftwerk wird bei 100 % Energieeinsatz nur 45 % der Energie genutzt und der Rest von 55 % verschwendet, während bei KWK insgesamt 80 % der Energie genutzt wird und nur 20 % verschwendet werden. Das bedeutet, dass die Brennstoffnutzung bei KWK effizienter und optimierter ist und daher wirtschaftlicher.

Notwendigkeit der KWK

• KWK hilft, die Effizienz des Kraftwerks zu verbessern.

• KWK reduziert Luftemissionen von Feinstaub, Stickoxiden, Schwefeldioxid, Quecksilber und Kohlendioxid, die sonst zur Treibhauswirkung führen würden.

• Es reduziert die Produktionskosten und verbessert die Produktivität.

• KWK-Systeme helfen, den Wasserverbrauch und die Wasserkosten zu senken.

• KWK-Systeme sind wirtschaftlicher im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken.

Arten von KWK-Kraftwerken

In einem typischen KWK-System gibt es eine Dampf- oder Gasturbine, die Dampf nimmt und einen Wechselrichter antreibt. Ein Wärmetauscher zur Wärmeerfassung ist ebenfalls in der KWK-Anlage installiert, der überschüssige Wärme oder Abgas aus dem Elektrogenerator erfasst, um daraus Dampf oder heißes Wasser zu erzeugen.
Es gibt im Grunde zwei Arten von KWK-Kraftwerken, nämlich-

• Topping-Zyklus-Kraftwerk

• Bottoming-Zyklus-Kraftwerk

Topping-Zyklus-Kraftwerk

In diesem Typ von KWK-Anlage wird zunächst Strom erzeugt und dann der Abfall- oder Abgasdampf verwendet, um Wasser oder Gebäude zu heizen. Es gibt im Grunde vier Arten von Topping-Zyklen.

1. Verbundzyklus-Topping-KWK-Anlage- In dieser Art von Anlage wird der Brennstoff zunächst in einem Dampfkessel verbrannt. Der so erzeugte Dampf in einem Kessel wird verwendet, um eine Turbine und somit einen Synchrongenerator anzutreiben, der wiederum elektrische Energie erzeugt. Der Abgasstrom aus dieser Turbine kann entweder verwendet werden, um nutzbare Wärme bereitzustellen, oder kann in ein Wärmerückgewinnungssystem geleitet werden, um Dampf zu erzeugen, der möglicherweise weiterhin verwendet werden kann, um eine sekundäre Dampfturbine anzutreiben.

2. Dampfturbinen-Topping-KWK-Anlage- Hier wird der Brennstoff verbrannt, um Dampf zu erzeugen, der Energie erzeugt. Der Abgasdampf wird dann als Niederdruckprozessdampf verwendet, um Wasser für verschiedene Zwecke zu erhitzen.

3. Wasserturbinen-Topping-KWK-Anlage- In dieser Art von KWK-Anlage wird eine Kühlwasserjacke durch ein Wärmerückgewinnungssystem geleitet, um Dampf oder heißes Wasser für Raumheizung zu erzeugen.

4. Gasturbinen-Topping-KWK-Anlage- In dieser Topping-Anlage wird eine mit Erdgas betriebene Turbine verwendet, um einen Synchrongenerator anzutreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. Der Abgasstrom wird in einen Wärmerückgewinnungskessel geleitet, wo er verwendet wird, um Wasser in Dampf umzuwandeln oder nutzbare Wärme für Heizzwecke zu erzeugen.

Bottoming-Zyklus-Kraftwerk

Wie der Name schon sagt, ist der Bottoming-Zyklus das genaue Gegenteil des Topping-Zyklus. In dieser Art von KWK-Anlage wird die überschüssige Wärme aus einem Fertigungsprozess verwendet, um Dampf zu erzeugen, und dieser Dampf wird verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen. In diesem Zyklus wird kein zusätzlicher Brennstoff benötigt, um Strom zu erzeugen, da der Brennstoff bereits im Produktionsprozess verbrannt wird.

Aufbau einer KWK-Anlage

• Gasturbinen-KWK-Anlagen, die den Abwärmegehalt in den Abgasen aus Gasturbinen nutzen.

• Dampfturbinen-KWK-Anlagen, die das Heizsystem als Strahlstrahlerkondensator für die Dampfturbine verwenden.

• Flüssigkarbonat-Brennstoffzellen haben einen heißen Abgasstrom, der sich gut für Heizzwecke eignet.

• Verbundkraftwerke, die für Kombinierte Wärme- und Stromerzeugung angepasst sind.

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