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6.3. EXERGETISCHE KENNZAHLEN VON KWK-ANLAGEN
Exergetischer Wirkungsgrad und Effizienz der Vergasung
Der exergetische Wirkungsgrad der Vergasung
ζGas =
˙EGas, Rein
˙EBio + �
n
˙Ezu, n
(6.32)
wird analog dem energetischen Wirkungsgrad der Vergasung (Kapitel 6.2) berechnet. Er wird aus
dem Quotienten des Exergiestromes des Reingases (Strom 5 in Abbildung 6.2) und der Summe
des Exergiestromes der Biomasse (1) und der Exergieströme, die der Biomasseaufbereitung und
dem Vergasungsreaktor zusätzlich zugeführten werden (4’ und 7’), bestimmt. Handelt es sich bei
den aus der Funktionsgruppe der Gasaufbereitung (4’) oder der Stromerzeugung (7’) zurückgeführten
Exergieströmen um einen Wärmestrom, wird die Exergie dieses Wärmestromes aus der
Exergiedifferenz des wärmeabgebenden Fluids am entsprechenden Wärmetauscher berechnet.
Würde beispielsweise in der Gasaufbereitung das Rohgas nur gekühlt und der Wärmestrom 4
zurück in den Vergasungsreaktor geführt werden, wird die Exergie des zurückgeführten Stromes
durch die Differenz ˙ E4 = ˙ E3 − ˙ E5 berechnet.
Analog zur energetischen Effizienz der Vergasung (Gleichung 6.23) ergibt sich die exergetische
Effizienz der Vergasung zu:
χ Gas = ˙ EGas, Rein
˙EBio
. (6.33)
Die Unterschiede zwischen den energetischen Kennzahlen ηGas und ɛGas und den exergetischen
Kennzahlen ζGas und χ Gaswerden im Folgenden an einem Beispiel verdeutlicht. Zu dem in Abbildung
6.2 gezeigten Vergasungsheizkraftwerk werden zwei unterschiedliche Vergasungskonzepte
betrachtet:
• Konzept 1: Vergasung von Holzhackschnitzeln (Wassergehalt: 40 %, Hu=9500 kJ/kg) ohne
Rückführung von Wärme, TRohgas=1.070 K und
• Konzept 2: Vergasung von Holzhackschnitzeln (Wassergehalt: 40 %, Hu=9500 kJ/kg), in
der Gasaufbereitung wird durch Rohgaskühlung von 1070 K auf 960 K (entspricht 5 % der
Biomasseleistung) Vergasungsluft auf 600 K erwärmt, nach dem BHKW wird durch Abgaskühlung
von 450 K auf 400 K Wärme ausgekoppelt (entspricht auch 5 % der Biomasseleistung,
da der Massenstrom des Abgases deutlich höher als der Massenstrom des Rohgases
ist) und zurück in den Vergasungsreaktor geführt, TRohgas=1070 K.
Um die gleiche Rohgasaustrittstemperatur zu erreichen, muss bei der Vergasungsanlage ohne
Wärmerückführung (Konzept 1) ein größerer Anteil der Biomasse zur Wärmebereitstellung
oxidiert werden. So sinkt die Rohgasleistung ˙ Q3 entsprechend ab. Die sich dadurch ergebenden
Änderungen der Kennzahlen sind der Tabelle 6.1 zu entnehmen.
Die Berechnung der Exergieströme der Biomasse (1) und des erzeugten Roh- und Reingases
(3 und 5) erfolgt mit dem oberen Heizwert (siehe Gleichung 6.26). Die Biomasseleistung und
die Roh- und Reingasleistung wird, wie in Deutschland üblich [70], mit dem unteren Heizwert
berechnet (Gleichung 6.1). Dementsprechend sind die in Tabelle 6.1 angegebenen Exergieströme
(1, 3 und 5) größer als die Energieströme.
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