Trigeneration aus Biogas – Strom, Wärme und Kälte

Eine KWK-Anlage erzeugt Strom und Wärme. Im Winter wird die Wärme häufig im Fermenter und in Gebäuden benötigt; im Sommer bleibt sie dagegen oft ungenutzt. Eine Absorptionskältemaschine kann einen Teil dieser Wärme zur Kälteerzeugung nutzen und so die Zahl der Stunden mit sinnvoller Wärmenutzung erhöhen.

Wie entsteht aus Wärme Kaltwasser?

Anders als eine herkömmliche Kompressionskältemaschine, die vor allem Strom verbraucht, nutzt eine Absorptionskältemaschine Wärme als wichtigste Antriebsquelle. In einem geschlossenen Kreislauf verdampft das Kältemittel bei niedrigem Druck und entzieht dem Kaltwasserkreis Wärme. Anschließend wird es absorbiert, erwärmt und wieder aus der Lösung ausgetrieben.

In der Praxis werden häufig Wasser-Lithiumbromid-Systeme für Kaltwasser oberhalb des Gefrierpunkts oder Ammoniak-Wasser-Systeme für niedrigere Temperaturen eingesetzt. Die Auswahl hängt von der geforderten Temperatur, der verfügbaren Wärme und den Sicherheitsanforderungen ab.

Woher kommt die Antriebswärme?

Ein Gasmotor stellt Wärme über das Kühlwasser und die Abgase bereit. Bei einer Turbine stammt sie vor allem aus dem heißen Abgasstrom. Temperatur, Volumenstrom und Art der Wärmerückgewinnung bestimmen, ob ein einstufiges oder ein aufwendigeres Absorptionsverfahren möglich ist. Abwärme ist nicht bei jeder Temperatur gleich gut nutzbar.

Wo ist Trigeneration sinnvoll?

• Lebensmittelindustrie mit gleichzeitigem Bedarf an Dampf, Warm- und Kaltwasser
• Kühlhäuser, Molkereien und Verarbeitung landwirtschaftlicher Erzeugnisse
• Gewerbe- oder öffentliche Gebäude mit sommerlichem Klimatisierungsbedarf
• Prozesse, in denen Kühlung die Produktion ganzjährig stabilisiert

Am besten eignet sich ein längerfristiger, gut vorhersehbarer Kältebedarf. Kurze Spitzen in wenigen Sommerwochen rechtfertigen die zusätzliche Maschine, den Kühlturm, die Pumpen und die Regelung nur schwer.

Der Kühlturm ist kein Nebendetail

Die Absorptionskältemaschine muss sowohl die dem gekühlten Prozess entzogene Wärme als auch die zugeführte Antriebswärme an die Umgebung abgeben. Die Rückkühlung ist deshalb ein wesentlicher Anlagenteil. Einzuplanen sind Platz, Wasser oder ein Trockenkühler, die Kontrolle der Wasserqualität, gegebenenfalls Schutzmaßnahmen gegen Legionellen und der Betrieb bei den sommerlichen Auslegungstemperaturen.

Was gehört in die Energiebilanz?

In die Bilanz gehören die elektrische Nettoerzeugung der KWK-Anlage, die für Fermenter und Prozess verbleibende Wärme, die Kälteleistung und der Strombedarf von Pumpen, Ventilatoren und Kühlturm. Die Anlage muss auch bei Stillstand der Kältemaschine weiterbetrieben werden können, ohne die gesamte KWK-Anlage abschalten zu müssen.

Häufige Fehler bei der Auslegung

Der größte Fehler besteht darin, die Kältemaschine allein nach der Spitzenkältelast auszuwählen, ohne den jährlichen Bedarfsverlauf zu betrachten. Ein weiterer ist, die gesamte KWK-Wärme als verfügbar anzusetzen, obwohl Fermenter und technischer Prozess bereits Vorrang haben. Häufig werden auch die Mindestlast und das langsamere Ansprechverhalten der Absorptionsmaschine übersehen.