FAQ Druckluftheizkraftwerke

Was ist ein DHKW (Druckluftheizkraftwerk)?

Ein Druckluftheizkraftwerk (oder kurz: DHKW) ist ein kompaktes kleines Kraftwerk, welches in einem schallgedämmten Gehäuse (ähnlich einem Druckluftkompressor, BHKW oder einer Heizungsanlage) als fertiges Modul ausgeliefert wird und gleichzeitig Druckluft („Kraftmaschine, Kraftwerk“) und Wärme- („Heiz“) bereitstellt.

Gibt es auch ölfrei verdichtende Druckluftheizkraftwerke z.B. für die Lebensmittelindustrie?
Auch für spezielle Anwendungen und besonders hohe Druckluftqualitäten können DHKWs eingesetzt werden. Hier kommen zweistufige trockenlaufende Verdichter zum Einsatz, wie sie auch in elektrischen Kompressoren Anwendung finden. Durch die Kombination von hohen Verdichtungs- und Abgastemperaturen lassen sich Heißwassertemperaturen bis 108°C dauerhaft auskoppeln, die dann für thermische Prozesse genutzt werden können.
Welche Fördermöglichkeiten gibt es?

BAFA
Die Richtlinie zur Förderung von Energieeffizienz und Prozesswärme aus Erneuerbaren Energien in der Wirtschaft (EEW) fördert unter anderem technologieoffene Maßnahmen unter dem „Modul 4: Energiebezogene Optimierung von Anlagen und Prozessen“.
Hierbei werden Investitionsvorhaben mit einer Förderquote von bis zu 40 Prozent der förderfähigen Investitionskosten gefördert. Die maximale Förderung ist auf einen Betrag von 500 Euro (700 Euro für kleine und mittlere Unternehmen) pro jährlich eingesparte Tonne CO2 begrenzt (Fördereffizienz).

BMWi
In Abgrenzung zur klassischen Zuschussförderung können Unternehmen mit besonders ambitionierten und komplexen Energieeinsparprojekten nicht rückzahlbare Investitionszuschüsse von bis zu 50 % ihrer energieeffizienzbezogenen Kosten bzw. max. 5 Mio. € pro Vorhaben im Rahmen von wettbewerblichen Ausschreibungen generieren. Der „Förderwettbewerb Energieeffizienz“ ist ebenfalls Teil des umfassenden technologie- und branchenoffenen BMWi-Förderpakets für Investitionen in Energieeffizienz und Prozesswärme aus erneuerbaren Energien in der Wirtschaft und Teil der Förderstrategie des BMWi.

Spezielle Förderungen der Bundesländer, wie z.B. Thüringen GreenInvest

Wie hilft die altAIRnative bei der Förderung?

Prinzipiell immer. Sei es mit der Zuarbeit notweniger Informationen wie technische Daten, Erläuterungen zur Arbeitsweise des DHKWs oder der Erstellung eines Grobkonzeptes etc.
Oder aber in Form von der kompletten Erstellung der Unterlagen für die Förderung (Planungsaufwand bzw. kostenpflichtig).

Welche Voraussetzungen müssen für einen wirtschaftlichen Betrieb eines DHKWs gegeben sein?

Ein DHKW ist dann wirtschaftlich, wenn es relativ lange Laufzeiten am Stück hat. Es sollte so dimensioniert werden, dass es möglichst selten ein- und ausgeschaltet wird. Das DHKW wird also auf den Druckluftbedarf in der Grundlast ausgelegt und sollte Laufzeiten von z.B. 120 Betriebsstunden pro Woche (Montag bis Freitag) oder 168 Betriebsstunden pro Woche (Montag bis Sonntag) erreichen.
Die gleichzeitig anfallende Wärme sollte für Heizzwecke (Prozesswärme, Heizwärme) benutzt werden.

Mit welcher Wirtschaftlichkeit bzw. welchem ROI darf man beim Betreib eines DHKWs rechnen?

In erster Linie entscheidet natürlich der wirtschaftliche Vorteil, denn die Anschaffung eines DHKWs verspricht eine sehr attraktive Rendite. Die Amortisationszeit beträgt zwischen 2-4 Jahren und danach wird Gewinn erwirtschaftet, denn die Gesamtkosten für die Druckluft- und Wärmeerzeugung werden durch den Betrieb des DHKWs deutlich reduziert.
Ein weiterer monetärer Vorteil der DHKW-Technologie gegenüber des Betreibens eines BHKW ist folgender. BHKWs erzeugen Strom und Wärme. Nach dem EEG (Erneuerbaren Energie-Gesetz) muss bei dem Betrieb solcher Anlagen eine EEG-Umlage auf den eigen erzeugten Strom gezahlt werden. Das kann schnell zwischen 10.000 bis 50.000 Euro pro Jahr ausmachen, was dann die Wirtschaftlichkeit eines BHKWs schlechter macht. DHKWs erzeugen keinen Strom sondern direkt Druckluft. Insofern werden für DHKWs keine EEG-Umlagen fällig.

Warum ist die Wirtschaftlichkeit eines DHKWs so viel größer als bei der getrennten Erzeugung von Druckluft und Wärme?

Eine kurze Antwort ist, durch die deutliche Erhöhung der Energieeffizienz. Aber im Detail:
Zum einen ist das Temperaturniveau höher als bei einem klassischen BHKW und auch als bei einem Druckluftkompressor, was wichtig und gut für Industrieanwendungen ist und zum anderen liegt der thermische Wirkungsgrad bei nahezu 90% (BHKW bei max. 50%) Also erreicht ein DHKW einen ähnlich hohen Wirkungsgrad wie eine moderne Heizungsanlage. Gleichzeitig wird aber noch Druckluft erzeugt. Die ansonsten hierfür notwendige teure elektrische Energie wird nahezu auf null minimiert.
Das heißt als nächste Kurzformel: Die Kosten für Wärme bleiben gleich und die vormals hohen Stromkosten für die Drucklufterzeugung sinken auf (fast) null.

Welche Unterschiede bestehen zwischen DHKW, BHKW und elektrischen Kompressoren?
Das DHKW erzeugt im Vergleich zu einem klassischen Blockheizkraftwerk (BHKW) keinen Strom, sondern Druckluft. Hierbei wird ein Erdgasmotor mit einem direkt angetriebenen Druckluftverdichter verbunden. Durch den Verdichtungsprozess der Luft wird die komplette mechanische Leistung des Gasmotors in Wärme umgewandelt. Diese thermische Energie stellt die erste Stufe der Wärmenutzung dar. Weiterhin wird die Wärme aus der Motorkühlung sowie aus dem Abgas vollständig genutzt. Gegenüber getrennter Erzeugung von Druckluft und Wärme reduziert sich die CO2 Emission um ca. 42 Prozent.
Wieviel CO2 spart ein DHKW?
Im Vergleich zur getrennten Erzeugung (Druckluft und Wärme) kann je nach Nutzungsgrad (insbesondere der Wärme) bis zu 42% CO2 eingespart werden. Unterstellt man eine Laufzeit von 6.000 Betriebsstunden pro Jahr (ca. 120 Betriebsstunden pro Woche) und einem Nutzungsgrad von 100% für Druckluft und Wärme sind das bei der kleinsten Anlage der Föhn ca. 75 to CO2 pro Jahr und bei der größten Anlage der Tornado ca. 900 to CO2 pro Jahr.
Mit welchen Brennstoffen arbeitet ein DHKW?

Die Standardauslegung ist Erdgas mit einen ein Heizwert von 10 kWh/m³. Der Fließdruck sollte größer 20 mbar und kleiner 100 mbar sein. Folgende Brennstoffe sind außerdem möglich, bedürfen aber einer entsprechenden Auslegung und Projektierung:

  • Sondergase wie z.B. Propan, Biogase, Holzgas und Faulgase aus einem Klärwerk
  • Bio-Methan
  • Flüssiggas, wie z.B. LNG, LPG
  • Wasserstoff
Welche Anschlüsse müssen erfolgen, damit ein DHKW arbeiten kann?

Anschluss an die Brennstoffversorgung, im Allgemeinen also an den Gasanschluß (gelbe Leitung), Gaszähler nicht vergessen!

Druckluftleitung: Am DHKW-Druckluftaustritt ist bereits ein Zyklonabscheider installiert oder wird mitgeliefert. Danach erfolgt eine Schwingungsentkopplung zur starr verlegten Druckluftleitung, entweder über einen Kompensator oder einen Hydraulikschlauch zur festen Druckluftleitung. Prinzipiell wird ein DHKW genauso druckluftmäßig angeschlossen wie ein elektrisch betriebener stationärer Kompressor.

Anschluss Heizung bzw. Abnahme Wärme über die Anschlüsse Heizungsvor- und Heizungsrücklauf.

Abgas: Am Abgasaustritt erfolgt bauseits die Installation des (meist) mitgelieferten Schalldämpfers. Danach wird das eigentliche Abgasrohr montiert.

Kondensat: Zum einen erfolgt Kondensataustritt (Kondensat aus der Druckluft) unterhalb des Zyklonabscheiders über einen elektronischen Schwimmerableiter (meist Bekomat). Das Kondensat aus dem Abgasstrom wird aus dem heißen Abgas in die (meist) mitgelieferte Kondensatsammelbox eingeleitet.

Je nach Aufstellbedingungen und Schallanforderungen sind entsprechende Zu- und Abluftmöglichkeiten (eventuell mit Schalldämmoptionen) zum Anströmen der Verbrennungsluft des Motors, Kühlluft Druckluftnachkühler und der Ansaugluft des Kompressors bzw. zum Abströmen der erwärmten Kühlluft zu schaffen.

Strom: Im Allgemeinen verfügt jedes DHKW über zwei elektrische Pumpen (elektronisch geregelt und drehzahlvariabel) und einen elektrischen Schaltschrank mit integrierter Steuerung bzw. über einen elektrisch betriebenen Ventilator. Demzufolge benötigt ein DHKW einen, je nach Maschinengröße unterschiedlich großen, elektrischen Anschluss (2 bis max. 15 kW).

Was ist vor IBN eine DHWKs notwendig bzw. empfehlenswert?
Um die Möglichkeit der Steuererstattung auf die zu entrichtende Energiesteuer für das eingesetzte Erdgas zu haben, muss das DHKW beim Hauptzollamt angemeldet werden und später entsprechend auch der Nachweis über den erzielten hohen Nutzungsgrad (größer 60%) über entsprechende Messtechnik geführt werden. Sowohl bei der Antragstellung wie auch bei der notwendigen Ausrüstung der Anlage mit Messtechnik berät die altAIRnative und liefert entsprechendes Mess-Equipment.
Welche Messtechnik wird für das DHKW benötigt?

Prinzipiell keine.

Letztendlich ist für das eigene Energiemanagement und für eine mögliche Steuerrückerstattung folgendes zu empfehlen:

  • Gasmessung (eichfähig)
  • Wärmemengenmessung (u.a. auch Notkühler)
  • Druckluftmengenmessung
  • Anschluss an übergeordnete Kompressorsteuerung (falls vorhanden)
Warum ist ein DHKW teurer als ein gleich großer elektrischer Kompressor?
Im Vergleich zu Standardkompressoren im Bereich 20 bis 300 kW Wellenleistung sind DHKWs Energiekraftwerke, die nicht in hoher Stückzahl für einen breiten Druckluftmarkt gebaut werden. Oftmals erfahren die DHWKs für die entsprechende Kundensituation individuelle Anpassungen, was z.B. die Wärmebereitstellung betrifft. Neben den geringen Stückzahlen (Econmy of scale) und den kundenindividuellen Anpassungen, ist es aber der Gasmotor und die umfangreichere Steuerung der Teil, der ein DHKW teurer gegenüber einem Elektro-Kompressor macht. Hier ist es sinnvoller das DHKW mit einem BHKW zu vergleichen. Aber auch hier hinkt der Vergleich, da das BHKW nicht über den kostenintensiven Verdichter eines Elektrokompressors verfügt. Insofern addieren sich die Investitionskosten für ein DHKW wie folgt: BHKW-Preis abzüglich Generator plus Verdichterstufe plus zusätzliche Wärmetauscher.
Welche Optionen für die Wärmerzeugung bestehen?

Die Standardauslegung aller DHKWs ist 90°C Vorlauf- und 70°C Rücklauftemperatur. Durch die mit Reserve ausgelegten Wärmetauscher können Vorlauftemperataturen bis 95°C realisiert werden.
Für die Baureihe der ölfrei verdichtenden DHKWs Orkan OF, Hurrikan OF, Taifun OF und Tornado OF ergibt sich ferner die Möglichkeit Vorlauftemperaturen bis 108°C zu fahren.

Kundenindividuelle Lösungen, wie z.B.

  • erster Hub Speisewasseranhebung 15-30°C
  • Auskopplung Wärme auf z.B. 2 Temperaturniveaus 105/85 und 80/60 °C
  • Dampfererzeugung aus der Abgaswärme
  • Thermalölerhitzung
  • Zusätzliche Nutzung der Kondensationsenergie aus dem Abgasstrom (Brennwertnutzung)
  • Erzeugung Trocknungsluft durch Abgas/Luft-Wärmetauscher
  • u.a.

sind ebenfalls möglich.

Was tun, wenn die Wärme nicht benötigt wird?
Wenn ganzjährig keine Heiz- bzw. Prozesswärme benötigt wird, kann z.B. die Kältebreitstellung in den Sommer- und Übergangsmonaten über Absorptionskältemaschinen (AKM) eine sinnvolle Lösung darstellen. AltAIRnative hat speziell auf ihre Baureihen hin ausgelegte AKMs und Rückkühlaggregate.
Was tun, wenn zwar Wärme aber wenig Druckluft benötigt wird?
Ist ein hoher Wärmebedarf und Stickstoffbedarf im Kundenunternehmen gegeben, jedoch der Druckluftbedarf ist vergleichsweise niedrig und geht am Wochenende ganz gegen null, bietet sich die Erzeugung von Stickstoff aus der Druckluft mit entsprechenden Stickstoffgeneratoren an. Dadurch, dass die Druckluft zum Nebenprodukt beim DHKW wird, kann die dezentrale Stickstofferzeugung eine lukrative Alternative zu der herkömmlichen Belieferung mit Flüssigstickstoff sein.
Kann man auch Strom mit einem DHKW erzeugen?
Ist zwar hoher Druckluftbedarf im Kundenunternehmen gegeben, jedoch fehlen sämtliche Wärmesenken (sogar in den Wintermonaten zu Heizzwecken) so kann aus wirtschaftlicher Sicht (ROI bei ca. 5 Jahren) der Einsatz von nachgeschalteten ORC-Modulen (Organic Rankine Cycle) zur Stromerzeugung eine interessante Variante der Wärmenutzung sein.
Was bedeutet Notkühlerbetrieb?
Im Allgemeinen arbeitet ein DHKW druckluftgeführt. D.h. wenn nach richtiger Auslegung ein DHKW in Betrieb geht, arbeitet es entsprechend in seinem Arbeitsbereich (60-100 %) und deckt somit den Grundlastbedarf an Druckluft ab. Wenn eben dann nicht immer bzw. gleichzeitig zur Drucklufterzeugung die entsprechende Wärme abgenommen werden kann, wird die überschüssige Wärme an einen Notkühler abgeben. Die Installation eines Notkühlers ist per se nicht schlecht oder unwirtschaftlich. Es führt eher zu einem sichereren Betreiben des DHKWs.