Heizkraftwerk

Wenn es industriell um die Erzeugung von Wärme und Elektrizität geht, dann spricht man von einem Heizkraftwerk. Dieser Prozess von Wärme und Elektrizität wird in einer Art Kupplung getätigt, auch Kraft-Wärme-Kopplung genannt. Heizkraftwerke finden sich meist in der Nähe von städtischen Einrichtungen und Verdichtungsräumen, da sie die Einspeisung in ein Fernwärmenetz benötigen.

Funktion eines Heizkraftwerkes

Die Funktion eines Heizkraftwerkes ist im Grunde genauso, wie bei einem klassisch-thermischen Kraftwerk. Hier wird die Primärenergie mit Hilfe eines geschlossenen Wasser-Dampf-Kreislaufes in Strom umgewandelt. Durch die Verbrennung von fossilen oder biologischen Brennstoffen wird dem Wasser dabei Wärme zugeführt. Dieses Wasser verdampft im Kessel und wird im Überhitzer auf eine sehr hohe Temperatur gebracht. Der dadurch entstandene Frischdampf wird in einer dafür vorgesehenen Dampfturbine entspannt. Sie sorgt dafür, dass der Generator arbeitet. Damit der Dampf wieder verflüssigt wird, gibt es in dem Heizkraftwerk einen Kondensator. Damit der kondensierte Wasserdampf dort ankommt, wird dieser über den Kondensatbehälter und mit Hilfe von Kondensatpumpen dem Speisewasserbehälter zugeführt. Aufbereitetes Zusatzwasser und das Kondensat werden hier vermischt und das Wasser wird aufgeheizt Hier kommt es dann zum Entgasen.

Heizkraftwerk und der Heizkondensator

Es erfolgt eine Entspannung bis auf ein Druckniveau unter 0,1 bar bei einem stromerzeugenden Kondensationskraftwerk. Die Teilkondensation beginnt bereits in der Turbine und es entsteht der Nassdampf. Aufgrund der nur niedrigen Temperaturen von 30 bis 40 Grad Celsius gibt es keine weitere sinnvolle Nutzung der Kondensationsabwärme. Daher wird in einem originären Heizkraftwerk mit Hilfe einer Wärmeübertragung, auch unter dem Begriff Heizkondensator bekannt, Dampf mit einem höheren Druck genutzt. Hierbei wird Energie für ein Fernwärmenetzt bereitgestellt.  In der Regel erfolgt dies durch Heißwasser, hin und wieder auch mit Dampf. Die Vorlauftemperaturen werden je nach Witterung geregelt, von 70 Grad Celsius im Sommer bis auf 140 Grad im Winter.

Für den Heizkondensator im Heizkraftwerk wird der Dampf auf zweierlei Weise gewonnen. Zum einen besteht die Möglichkeit, eine Gegendruckturbine zu verwenden. Hierbei wird der Druck nicht vollständig entspannt und der komplette Dampfstrom gelangt von der Turbine direkt n den Heizkondensator. Dabei ist ein starres Verhältnis der Kuppel von Wärme und Strom gegeben. Zum anderen gibt es die Möglichkeit mit einer Entnahmekondensationsturbine Dampf vor dem Eintritt in den Niederdruckteil abzuzweigen. Dadurch wird die Kopplung von Wärme und Strom lose und der Betrieb bleibt dabei flexibel.

Sonderformen im Heizkraftwerk

Neben dem Betrieb von Dampfturbinenanlagen in einem Heizkraftwerk gibt es auch andere KWK Prozesse, beispielsweise mit einer Gasturbine. Dabei wird das heiße Abgas der Glasturbine in sogenannten Abhitzekesseln geleitet, wo nicht nur Fernwärme entsteht, sondern auch der Heißdampf industriell zum Einsatz kommen kann. Eine weitere Sonderform ergibt sich, wenn der Dampf über eine zweite Dampfturbine geleitet wird, damit der elektrische Anlagenwirkungsgrad erhöht wird. Hier spricht man dann von einem GuD Heizkraftwerk. In diesem Gas- und Dampfkombiprozess kann der teilentspannte Dampf zu Heizzwecken verwendet werden.

Kleine Heizkraftwerk-Anlagen

In Modulbauweise gebaute Anlagen werden als Blockheizkraftwerke bezeichnet. Ihr kW-Bereich liegt bei maximal einen Megawatt, während große Heizkraftwerke bis zu mehrere 100 MW an elektrische Leistung haben. Hier wird nur in ein Nahwärmenetzt eingespeist oder die Wärme wird für die Versorgung eines Gebäudes verwendet.