Funktionsweise eines Blockheizkraftwerkes

Was ist ein BHKW?

BHKW ist die Abkürzung für Blockheizkraftwerk. Ein Blockheizkraftwerk dient der Erzeugung von Strom und Wärme.

Aus dem in der Biogasanlage produzierten Biogas wird im BHKW elektrische Energie und Wärme gewonnen. Dieses Prinzip nennt man Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).

Die Abkürzung BHKW steht für:

Block – Motor-Generator Kombination
Heiz – thermische Energie
Kraft – elektrische Energie
Werk – aus gasförmiger / flüssiger Energie

Ein BHKW besteht im Wesentlichen aus dem Verbrennungsmotor als Antriebseinheit, dem Generator zur Stromerzeugung und den Wärmetauschern, welche die im Kühlwasser und im Abgas enthaltene Wärme auskoppeln und als Nutzwärme zur Verfügung stellen.

Schematische Darstellung eines Blockheizkraftwerks :

Funktionsprinzip eines Viertaktmotors

Darstellung der Funktionsweise eines Viertaktmotors in vier Takten (Schritten)

1.Takt: Ansaugen
Zu Beginn des 1. Taktes steht der Kolben am oberen Totpunkt. Das Auslassventil wird geschlossen und das Einlassventil geöffnet. Der Kolben bewegt sich in Richtung Kurbelwelle. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Biogas-Luftgemisch durch das Einlassventil in den Zylinder gesaugt. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wird das Einlassventil geschlossen und der erste Takt ist beendet.

2.Takt: Verdichten und Zünden
Der Kolben bewegt sich zurück in Richtung oberer Totpunkt. Das Biogas-Luftgemisch wird im Zylinder auf einen Bruchteil des ursprünglichen Volumens verdichtet. Durch die Verdichtung erwärmt sich das Biogas-Luftgemisch. Kurz vor dem Erreichen des Totpunktes wird eine Zündung (z. B. mittels Zündkerze) ausgelöst.

3. Takt: Arbeiten
Nach dem oberen Totpunkt verbrennt das Biogas-Luft-Gemisch selbständig weiter. Durch die Wärme dehnt sich das Gemisch aus, durch die Ausdehnung wird der Kolben nach unten in Richtung unterer Totpunkt bewegt. Das Brenngas verrichtet mechanische Arbeit am Kolben und kühlt sich dabei ab. Dann beginnt das Auslassventil sich zu öffnen. Es wird die Energie aus dem Biogas in Bewegungsenergie umgewandelt. (siehe hierzu Darstellung der Bewegungsenergie)

4. Takt: Ausstoßen
Wenn der Kolben den unteren Totpunkt wieder verlässt, wird mit der Aufwärtsbewegung des Kolbens das Abgas aus dem Zylinder über das Auslassventil geschoben.

Darstellung der Bewegungsenergie

Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens aus dem 3. Takt wird die am Kolben sitzende Pleuelstange mit abwärts gedrückt. Durch diesen Bewegungsvorgang wird die an der Pleuelstange montierte Kurbelwelle in Drehbewegung gebracht. Durch diese Drehbewegung wird über den Drehstromgenerator die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie (Strom) wird ins Stromnetz eingespeist.

Darstellung der Wärmeproduktion

Zur Vermeidung einer Überhitzung des Motors aufgrund der Verbrennungswärme wird Wasser um den Verbrennungsraum gespült. Das Wasser nimmt die Wärme des Verbrennungsprozesses auf und kühlt dadurch den Motor ab bzw. hält den Motor auf Betriebstemperatur. Das erwärmte Wasser kann weiterhin über ein Leitungssystem die Wärme aus dem Abgas mittels eines Abgaswärmetauschers zusätzlich aufnehmen. Das nun hoch erhitzte Wasser kann zu Wärmezwecken für Gebäude, Trocknungen eingesetzt werden.