Der Synchrongenerator als Bestandteil eines BHKW

Der Generator ist die Schnittstelle zwischen mechanischer Bewegung und Stromfluss. In einem Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugt der Motor als Herz der Anlage Wärme und Bewegung. Die Wärme wird durch einen Wärmetauscher übertragen und die Bewegung durch den Generator in Strom umgewandelt. Das Strom erzeugende Bauteil kann als Synchrongenerator oder als Asynchrongenerator konstruiert sein.

Synchrongenerator im Bhkw

Die synchrone Bauweise ist die aufwendigere und in der Anschaffung teurer. Ein bewegliches Teil, der Läufer, nimmt die vom Motor gelieferte Bewegung auf und rotiert. Über das Entlanggleiten an Schleifringen entsteht ein elektromagnetisches Feld. An der Gegenseite des Läufers, dem Ständer, wird die daraus entstandene Stromspannung abgenommen. Mit einer automatischen Steuereinheit wird die Spannung parallel und ständig gemessen. Bei Überschuss beziehungsweise zu hoher Spannung wird die Läuferbewegung abgebremst.

Unterschied der Funktionsweisen

Asynchrongenerator

Ein Asynchrongenerator nimmt die technisch unveränderte Bewegungsenergie auf und erzeugt daraus so viel Strom, wie ihm möglich ist. Um die Bewegung anzuschieben, muss Netzstrom eingespeist werden.

  • Im Normalfall entsteht die Netzspannung von 230 Volt nur im Volllastbetrieb beziehungsweise der maximal möglichen Bewegungseinspeisung
  • Durch das Eins-zu-eins-Leistungsprinzip endet die Stromversorgung bei Bewegungsausfall
  • Die Anschub- oder Erregerenergie muss extern zugeführt werden
  • Die asynchrone Funktion bedingt wechselhafte Spannung und Frequenz

Synchrongenerator

Die Funktionsweise eines Synchrongenerators erlaubt eine präzisere und stabilere Spannungs- und Frequenzeinstellung. Eine Synchrongenerator Regelung greift aufeinander aufbauend zwei Mal in den Generatorenlauf ein.

  1. Im ersten Schritt wird die Lauf- beziehungsweise Drehgeschwindigkeit des Läufers zu Gleichmäßigkeit stabilisiert
  2. Im zweiten Schritt erfolgt die Spannungsregelung, die durch die Begrenzung oder Ausweitung des Durchflussstroms angepasst wird. Anschub- oder Erregerenergie wird im Synchrongenerator „aus sich selbst heraus“ geregelt
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Der beschränkte Bedarf des sogenannten Blindstroms erfordert keine kompensatorischen technischen Maßnahmen, wie sie bei asynchroner Funktionsweise erforderlich sind.

Synchronfunktion arbeitet autarker und unabhängiger

Grundsätzlich ist ein Synchrongenerator vom Stromnetz unabhängiger als sein asynchrones Pendant. Im meist autark ausgelegten Inselbetrieb eines BHKWs sorgt der geregelte und regelfähige Drehstrom für eine spannungs- und frequenzstabile Versorgung. Technische Erregungs- und Startvorrichtungen entfallen genauso wie ein übermäßiger Blindstrombedarf. Die meisten Stromversorger legen Höchstabnahmemengen für Blindstrom fest.

Wenn der Verbrauch über das Maximum steigt, werden ein gesonderter Zähler und eine entsprechende Abrechnung verlangt. Dem Synchrongenerator genügt die Bewegungseinspeisung durch den Motor, um sich selber zu erregen und in Gang zu setzen.

Anschaffungskosten im Vergleich

Die Anschaffungskosten für einen Synchrongenerator liegen deutlich höher als für asynchrone Geräte einschließlich Kondensatoren. Die Kondensatoren sind als Erregerhilfe bei Stromausfällen oder Unterbrechungen unverzichtbar. Die Stromgeneratoren werden meist in Kombination mit dem Motor angeboten. Beim Einzelkauf des Generators muss von den drei- bis fünffachen Anschaffungskosten von asynchronen zu synchronen Modellen ausgegangen werden. Bei der Kraft Wärme Kopplung spielt die Gewichtung eine große Rolle. Stromgeführte BHKWs erzielen ihre Gesamteffizienz abhängiger vom Generator als wärmegeführte Varianten. Der Grad der Einbindung des Stroms ins Netz oder eine autarke Insellösung ist ein weiterer ausschlaggebender Faktor.