Am Flughafen München sichert ein eigenes Blockheizkraftwerk den Energiebedarf der Flughafen-Stadt. Es erzeugt Strom für den Grundlastbedarf, für den erhöhten Strombedarf beim Schlechtwetterbetrieb und für den Notstrombetrieb bei Ausfall der öffentlichen Stromversorgung. Als Nebenprodukt liefert das Blockheizkraftwerk (BHKW) Heißwasser, welches für die Wärmeversorgung verwendet wird.
Das BHKW besteht aus sieben Diesel-Gas-Aggregaten, die einen Wirkungsgrad von 85% erreichen. Sie werden in der Regel mit Ferngas betrieben und produzieren eine elektrische Leistung von 11 MW und eine thermische Leistung von 12 MW. Im Bedarfsfall können die Aggregate ohne Unterbrechung auf Dieselbetrieb umgestellt werden.
Hinweis: Die Tabelle über verschiedene Heizwerte und Dichten hilft dir weiter!
a)
Kohlekraftwerke zur "Erzeugung" elektrischer Energie haben einen Wirkungsgrad von der Größenordnung 40%. Wie ist der sehr viel höhere Wirkungsgrad eines BHKW zu erklären?
b)
Es werde angenommen, dass das BHKW am Flughafen im Dauerbetrieb bei den oben angegebenen Leistungen arbeitet. Wie viel Kubikmeter Erdgas werden dann täglich verbraucht?
Bei Kohlekraftwerken zur "Erzeugung" elektrischer Energie wird die entstehende Abwärme in der Regel nicht genutzt (z.T. sind die Abnehmer für Fernwärme zu weit entfernt). Die Abwärme muss durch Kühlung (Kühltürme) abgeführt werden. Bei Blockheizkraftwerken wird auch die entstehende thermische Energie genutzt, daher der relativ hohe Wirkungsgrad.
b)
Die Nutzleistung ist nach den Angaben \( 12\,\mathrm{MW} + 11\,\mathrm{MW} = 23\,\mathrm{MW} \).
Bei einem Wirkungsgrad von 85% ist die aufzuwendende Leistung \( P_\text{auf} = 23\,\mathrm{MW}\, /\, 0,85 = 27\,\mathrm{MW} \).
Bei 24 Stunden Dauerbetrieb würde dies einer Energie von \( 27 \cdot 10^6 \cdot 24 \cdot 3600\, \mathrm{J} = 2,3 \cdot 10^{12}\, \mathrm{J} \) entsprechen.
Für die Masse des Erdgases gilt dann: \[ m = \frac{E}{H} \quad \Rightarrow \quad m = \frac{2,3 \cdot 10^{12}}{44 \cdot 10^6}\mathrm{\frac{J}{\frac{J}{kg}}} = 5,2 \cdot 10^4\, \mathrm{kg} \] Das Volumen des Erdgases erhält man über die Dichte: \[ V = \frac{m}{\rho} \quad \Rightarrow \quad V = \frac{5,2 \cdot 10^4}{0,80}\mathrm{\frac{kg}{\frac{kg}{m^3}}} = 6,5 \cdot 10^4\, \mathrm{m^3} \]
