Ratgeber Heizungssysteme

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) nutzt das System der Kraft-Wärme-Kopplung, um Energie sowohl für die Wärme- als auch für die Stromerzeugung zu gewinnen. Diese Anlagen gewinnen für die Energieversorgung von Eigenheimen zunehmend an Bedeutung. Die dort erzeugte elektrische und thermische Energie kann darüber hinaus auch in Nahwärme- und -energienetze eingespeist werden. Ein solch dezentrales Netz wirkt sich positiv auf den Geldbeutel der Betreiber und vor allem auf die Umwelt aus, da übergreifend mit hohen Wirkungsgraden gearbeitet wird. Die Anlagen werden üblicherweise durch Verbrennungsmotoren angetrieben und erzielen im Vergleich zu klassischen Heizsystemen aufgrund der Bereitstellung von Wärmeenergie und elektrischem Strom einen höheren Gesamtnutzungsgrad.

Wirkungsgrad

Der thermische und elektrische Wirkungsgrad beschreibt, zu welchen Anteilen die Energie in Strom und Nutzwärme umgewandelt wird. Bei einem BHKW für Eigenheime variiert der Wirkungsgrad zwischen 43 und 63 Prozent (thermisch) und 26 bis 43 Prozent (elektrisch). Wie hoch der tatsächliche Wirkungsgrad der Anlage ist, hängt vom verwendeten Motor ab. Ottomotoren können Werte zwischen 80 und 90 Prozent erreichen, während Stirlingmotoren und Brennstoffzellen Wirkungsgrade von ca. 85 Prozent erzielen. Dieser Wert liegt zwar unter dem Wirkungsgrad eines Brennwertkessels, der durchaus über 90 Prozent erreichen kann. Jedoch erzeugt ein Brennwertkessel lediglich Wärme, während die Versorgung mit elektrischem Strom separat erfolgen muss. Da ein BHKW Wärme und elektrischen Strom erzeugt, ist der Gesamtwirkungsgrad insgesamt höher.

Leistungsfähigkeit

BHKW-Module, die in großen Betrieben eingesetzt werden, können Leistungen von mehreren Megawatt erreichen. Leistet die Anlage weniger als 50 kW, so werden die Module auch als Mini-BHKW bezeichnet. Ein Gerät mit einer Leistungsfähigkeit von weniger als 15 kW wird in der Fachsprache als Mikro-BHKW bezeichnet. Die kleinsten Module (Nano-BHKW) erzielen elektrische und thermische Leistungen bis zu 2,5 kW. Diese Nano-, Mikro- und Mini-Anlagen werden in verschiedenen öffentlichen und privaten Bereichen eingesetzt. Speziell für Einfamilienhäuser haben die „kleineren“ Anlagen eine große Bedeutung. Diese decken nicht nur den Verbrauch, sondern können bei voller Auslastung und geringem Verbrauch sogar zu einem Überschuss führen und zu einer dezentralen Versorgung beitragen. 

Motor, Generator, Wärmetauscher – die Bausteine der Kraft-Wärme-Kopplung

Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung beruht grundsätzlich auf einem Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt und somit elektrische Energie erzeugt. Den Vorteil, dass bei solch einem Vorgang nicht nur die mechanische Antriebsenergie, sondern aufgrund der Verbrennung auch Wärme frei wird, macht sich das BHKW zunutze. Wärmetauscher nehmen sowohl Wärmeenergie aus dem Kühlkreislauf des Motors als auch aus den Abgasen auf und geben diese an den Warmwasser- bzw. Heizkreislauf des Hauses ab. Der Anteil ungenutzter Wärmeenergie wird somit auf ein Minimum reduziert. Als Brennstoffe eignen sich Holz, Öl und Erdgas. Anlagen auf Brennstoffzellenbasis sind noch nicht allzu verbreitet, da diese sich noch in der Entwicklung befinden und recht hohe Anschaffungskosten aufweisen.

Motorenarten im Überblick

Für den Einsatz im Eigenheim eignen sich verschiedene Nano-BHKW-Varianten. Diese Anlagen können Leistungen zwischen 1 und 3 kWel erzeugen und werden dort genutzt, wo Strom und Wärme häufig gleichzeitig verbraucht werden. Um insgesamt rentabel zu arbeiten ist es notwendig, dass die Anlage im Jahr mehr als 2.000 Stunden unter Volllast läuft. Viele Hersteller empfehlen, ihre Geräte monovalent zu betreiben. Die monovalente Nutzung zeichnet sich dadurch aus, dass das BHKW als alleiniger Wärmeerzeuger im Haushalt tätig wird. Sinnvoll ist dies allerdings nur, wenn das zu beheizende Gebäude sowie sämtliche Rohrleitungen eine gute bis sehr gute Wärmedämmung aufweisen. Diese Betriebsart kommt vor allem bei Neubauten oder Niedrigenergiehäusern zum Einsatz. Eine weitere Möglichkeit ist der bivalente Betrieb. Hierbei ist das BHKW nicht der einzige Wärmeerzeuger, sondern arbeitet mit anderen Anlagen zusammen. Häufig werden Blockheizkraftwerke mit Solarthermieanlagen, Gas- oder Ölheizungen kombiniert. Eine besonders ökologische Variante ist der bivalente Betrieb von BHKW und Pelletheizung, da hier größtenteils auf fossile Brennstoffe verzichtet werden kann. Die Heiztechnik wurde in den vergangenen Jahren stark weiterentwickelt, sodass mittlerweile Anlagen mit verschiedenen Verbrennungsmotoren auf dem Markt erhältlich sind.

Die klassischen BHKW-Anlagen nutzen Ottomotoren, die die Wärme aus der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs ziehen. Diese Motoren zeichnen sich durch ihre Robustheit und den guten elektrischen Gesamtwirkungsgrad aus. Die Kosten für die Anschaffung und Installation der Anlage belaufen sich auf etwa 24.000 Euro. Inzwischen erfreuen sich Anlagen mit Stirlingmotoren einer immer größeren Beliebtheit. Der Vorteil dieser Motoren liegt darin, dass verschiedene Brennstoffe genutzt werden können. Seit kurzer Zeit sind Anlagen auf dem Markt erhältlich, die mit Pellets betrieben werden können und somit nicht nur CO2-neutral arbeiten, sondern auch besonders günstig im Betrieb sind. Hier liegen die Anschaffungskosten zwischen 20.000 und 23.000 Euro. Neuere BHKW-Anlagen arbeiten mit einer Dampfmaschine: Hierbei wird der durch erhitztes Wasser entstandene Dampfdruck genutzt. Im Gegensatz zum Stirlingmotor liefert diese Anlage etwa die doppelte Leistung (2 kWel). Die Energieerzeugung ist mit Flüssig- und Erdgas sowie Heiz- oder Bioöl und Pellets möglich. Im Gegensatz zu diesen durch einen Motor angetriebenen Anlagen arbeiten BHKWs mit Brennstoffzelle geräuschärmer. Der Energieträger ist hier stets Erdgas. Da die Energie nach dem Prinzip des Elektronenaustausches erzeugt wird, entfällt die Notwendigkeit eines Generators. Bislang gibt es nur Prototypen dieser BHKW-Anlage auf den Markt, daher sind die Anschaffungskosten von 38.000 Euro noch vergleichsweise hoch.

Vorteile im Überblick

  • Einspeisung überschüssiger Energie (Wärme und Strom) in öffentliche Netze
  • Sinnvoll, wenn das Leistungspotenzial möglichst voll ausgenutzt wird
  • Vergleichsweise geringer Primärenergieeinsatz
  • Vergleichsweise geringer CO2-Ausstoß
  • Vorteile für Netzbetreiber durch die Entlastung der öffentlichen Netze
  • Staatliche Subventionen und Steuerentlastungen

Nachteile im Überblick

  • Umweltbelastung bei der Verwendung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdgas)
  • Abhängigkeit von Rohstoffpreisen
  • Hohe Anschaffungs- und Installationskosten
  • Rentabilität nur bei hohen Auslastungen gewährt

Eine BHKW-Anlage ist nur wirtschaftlich rentabel, wenn sie im Jahr eine möglichst hohe Auslastung aufweist. Nur so kann ein Überschuss erzielt werden, der zur dezentralen Versorgung beiträgt und vergütet wird. Durch die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten ist eine Umrüstung nicht immer sinnvoll. In Bezug auf den Klimawandel kann diese Technologie als fortschrittlich bezeichnet werden. Allerdings ist ein weiterer Ausbau notwendig, damit die Anlagen in Zukunft auch ohne fossile Brennstoffe auskommen.

 

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