Relevante Energieformen
| Endenergieform | Nutzenergieform | Nebenenergieform(en) |
| Elektrischer Strom | Kälte (T<25°C) | Wärme (T<100°C) |
Kurzbeschreibung
Anlage zur Verbrennung eines Brennstoffes mit dem Zweck der Wärmegewinnung. Ein Brennwertkessel nutzt (im Gegensatz zum Heizwertkessel) die Kondensationsenthalpie des in den Verbrennungsabgasen enthaltenen Wasserdampfs. Hierzu werden diese unter den Wasserdampftaupunkt abgekühlt und die Kondensationsenthalpie über einen Wärmeübertrager an den Heizwasserrücklauf, die Frischluftzufuhr oder den Trinkwasserzulauf übertragen. Außerdem ist der Wärmeverlust durch die abgeführten Abgase aufgrund der niedrigeren Abgastemperaturen mit 60 bis 80°C geringer als zum Beispiel bei einem Heizwertkessel mit über 120°C. (Grote; Feldhusen 2014)
Funktionsskizze
Berechnung des Umwandlungswirkungsgrades, typische Werte
Prinzipiell berechnet sich der Wirkungsgrad aus dem Verhältnis von erzeugter Wärmeleistung zu zugeführter Brennstoffenergie (Berechnet mit dem Heizwert des Brenngases):
![\[\mu = \frac{{\dot QHeiz}}{{\dot QBrennstoff}}\]](https://technologiematrix.synergie-projekt.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4fdaa55bc6c362fd805888b2f417fcd7_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Diese Berechnung führt im Fall von Brennwertkesseln zu Wirkungsgraden über 100 %, da im zugeführten gasförmigen Brennstoff Wasser in gasförmiger Form zugeführt wird, das im Kessel unter Wärmeabgabe kondensiert. Würde man mit dem Brennwert des zugeführten Brenngases rechnen, erhielte man physikalisch korrekte Ergebnisse.
Betriebs-Charakteristika
| Typische Lastprofil | Taktend |
| Maximale Schalthäufigkeiten | Schalthäufigkeit möglichst niedrig halten um Start-Stopp Emissionen zu minimieren |
| Regelbarkeit | Durch Variation der Gaszufuhr oder des Volumenstroms der Pumpe, die die Wärme abführt |
Energetische Kennwerte
| Verfügbare Leistungsstufen/-klassen | Leistungen bis 100 MW |
| Wirkungsgrad in Abhängigkeit der Auslastung | Wirkungsgrad sinkt bei modernen Kesseln mit größerer Belastung (Minimierung des Wirkungsgrades erst unter 10-30 % Belastung ) |
Wirtschaftliche Kennwerte
| Investkosten/kW |  spezifische Kosten in Euro/kW / Nennwärmeleistung in kW[/caption] |
Technologische Kennwerte
| Negative Aspekte der Ökobilanz (alle Lebensphasen) | Wenn Wassertautemperaturen unterschritten wird, wird Schwefel, Chlor und Stickstoff absorbiert und bilden dann aggressive Säuren.
Die wichtigsten feuerungstechnischen Maßnahmen zum Verringern der Stickoxid-(NOx -) Bildung sind: Verbrennung mit günstiger Luftzahl, zwei- oder mehrstufiger Brennerbetrieb, Herabsetzen der Verbrennungstemperaturen durch Flammenkühlung, Verkürzen der Verweilzeiten bei hohen Temperaturen, Senken der Lufttemperatur und der Brennerraumbelastung, Abgaszirkulation.(heizungsfinder.de) |
| Gefährdungspotenzial | Korrosion durch auftretende Kondensationen |
Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse
| Technologieattratktivität | Industrielle Umsetzbarkeit | Umsetzbarkeit | Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein) | |
| Komplexität | Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich) | |||
| Anwendbarkeit bei Industriepartnern | Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein) | |||
| Einsatzhäufigkeit und Verbreitung | Energetischer Impact | Hat die Technologie typischerweise einen bedeutenden Anteil am Strombedarf eines Fabrikbetriebes? (Grün = Tendenziell ja, Gelb = eher nicht, Rot = Nein (weil z.b. andere Energieträger)) | ||
| Verbreitung in Deutschland | Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig) | |||
| Umrüstaufwand und Integration | Technology Readiness Level | Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3) | ||
| Grad der Prozessentkopplung | Wie stark beeinflusst die Anlage in der Regel den Hauptprozess? (Grün = Zwischen der Anlage und dem Hauptprozess befindet sich i.d.R. ein Speicher oder Netz, Gelb = Anlage ist tendentiell nahe am Prozess verbaut, Rot = Anlage hat i.d.R. direkt Einfluss auf den Prozess) | |||
| Möglichkeit des Energieträgerwechsels | Ist ein Energieträgerwechsel möglich? (Grün = Ja in der gleichen Anlage, Gelb = Mit einer zweiten Anlage, Rot = Nein) | |||
| Umrüstaufwand | Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Grün = noch) | |||
| Ressourcenstärke | Übertragbarkeit | Übertragbarkeit | Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch) | |
| Wirtschaftlichkeit | Erschließungskosten der Maßnahme | Wie hoch sind die spezifischen Investitionshöhen (Grün = niedrig (z.B. nur andere Regelungsart), Gelb = mittel, Rot = hoch (z.B. teure zweite Anlage muss installiert werden) | ||
| Spezifische Wandlerkosten | Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Rot = hoch) | |||
| Abrufkosten der Maßnahme | Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher) | sehr stark fallabhängig |
Best Available Technology
Nein – Mit Heiz- oder Brennwertkessel kann zunächst keine Energieflexibilität bereitgestellt werden, da sie keinen elektrischen Strom benötigen. Erst durch die Nachrüstung von elektrischen Heizelementen ist ein bivalenter Betrieb und so die Bereitstellung von Energieflexibilitätsdienstleistungen möglich.
Entwicklungstendenz
Brennwertkessel sind heutzutage Stand der Technik. Heizwertkessel gibt es noch häufig im Bestand.
Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile
Vorteile
- einfache Technologie
- Kostengünstig
- hohe Brennstoffausnutzungsgrade
Nachteile
- Häufig Verbrennung fossiler Energieträger
Literaturverzeichnis
- Grote, K.-H.; Feldhusen, J. (2014): Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, S. 925-935, Springer Verlag
- heizungsfinder.de: Gas-Brennwertkessel-Hoher Nutzungsgrad, zuletzt geprüft am 01.08.2019
- IHK-Hessen (2014): Ratgeber Wärme in Hessen, zuletzt geprüft am 01.08.2019
- IKZ-HAUSTECHNIK (2000): Heizungstechnik, zuletzt geprüft am 01.08.2019