Blockheizkraftwerke: Funktionsweise und Wirkungsgrad
04.04.2016 Lesedauer: min Stefan Heimann
Inhalte
- Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?
- Energie im Doppelpack: So funktioniert ein BHKW
- Blockheizkraftwerke stromgeführt oder wärmegeführt betreiben?
- BHKW: Diesel, Heizöl, Erdgas oder Biomasse
- Nachteile von Kraft-Wärme-Kopplung und Blockheizkraftwerk
- Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen als virtuelles Kraftwerk
Blockheizkraftwerke, kurz BHKW, sind kleine Kraftwerke, die Quartiere oder auch einzelne Häuser sowohl mit Wärme („heiz“), als auch mit Strom („kraft“) versorgen. Die Funktionsweise ist denkbar einfach: Beim Erzeugen von Strom durch das Verfeuern von Brennstoffen entsteht vor allem Wärme. Die kann direkt im Haus eingesetzt werden. Beim Einsatz dieser Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen werden damit Wärme und Strom bereit gestellt – und das mit einem überragenden Wirkungsgrad. Das umweltschonende Verfahren wird von Bund und Ländern sowie von den Energieversorgern bezuschusst.
Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?
Wenn ein Kraftwerk sowohl Wärme als auch Strom erzeugt, dann spricht man von „Kraft-Wärme-Kopplung“, KWK abgekürzt. Auch große Kraftwerke können nach dem KWK-Prinzip arbeiten. Bei der Übertragung der thermischen Energie über Fernwärmeleitungen und der elektrischen Energie über Hochspannungsleitungen geht jedoch viel Energie verloren. Das ist der große Vorteil der kleinen Blockheizkraftwerke: Sie stehen direkt bei den Verbrauchern, zumeist im Keller. Daher können BHKW achtzig bis über neunzig Prozent der Primärenergie wirklich nutzen. Herkömmliche Großkraftwerke erreichen dagegen häufig nur Wirkungsgrade von rund 45 Prozent.
Energie im Doppelpack: So funktioniert ein BHKW
Die Funktionsweise ist einfach: Ein Brennstoff wird verbrannt, was dann einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Dieser Strom kann entweder direkt genutzt werden oder gegen eine Vergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die direkte Nutzung ist allerdings aus energetischer und damit auch aus finanzieller und ökologischer Sicht deutlich besser als die Einspeisung.
Die entstehende Wärme wird zunächst in einen Pufferspeicher geleitet. Dieser versorgt dann die Heizkörper im Haus mit Wärme und kann auch für die Erwärmung des Brauchwassers genutzt werden. Technisch zum Einsatz kommen können dabei Verbrennungsmotoren, Stirling-Motoren, Gasturbinen, Dampfmotoren, ORC (Organic Rankine Cycle)-Anlagen sowie Brennstoffzellen-Anlagen, in denen jeweils Strom und Nutzwärme erzeugt werden. Auch Brennstoffzellen können zum Einsatz kommen: Sie erreichen die höchsten elektrischen Wirkungsgrade aller KWK-Anlagen. Allerdings ist diese innovative Technologie zurzeit noch in der Markteinführungsphase.
Blockheizkraftwerke stromgeführt oder wärmegeführt betreiben?
Man spricht von einem „stromgeführten“ Blockheizkraftwerk, wenn es so ausgelegt ist, dass es möglichst viel Strom produziert. Diese Betriebsweise ist jedoch eher die Ausnahme. Beispielsweise BHKW, die im Inselbetrieb laufen, sind zumeist stromgeführt. Außerdem lohnt sich die stromgeführte Betriebsweise, wenn das BHKW mit nachwachsenden Rohstoffen betrieben wird und der Strom so nach dem Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG) vergütet werden kann. Der größte Teil der installierten BHKW wird wärmegeführt gefahren. Damit richten sich Größe und Betriebsweise der Anlage nach dem jeweiligen Wärmebedarf.
BHKW: Diesel, Heizöl, Erdgas oder Biomasse
Neben Erdgas können BHKWs auch mit Holzpellets, Flüssiggas, Heizöl, Biodiesel oder Pflanzenöl arbeiten. Prinzipiell kommt auch Kohle in Frage – praktisch kommt dieser Brennstoff aber nur in Großkraftwerken zum Einsatz.
Welche Anlagen für welchen Haushalt geeignet sind, kann Ihnen ein Energieberater sagen.
Nachteile von Kraft-Wärme-Kopplung und Blockheizkraftwerk
Der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im eigenen Keller kommt jedoch nicht ganz ohne Nebenwirkungen aus. Im Vergleich zu anderen Heizsystemen schlagen relative hohe Anschaffungs- und Installationskosten zu Buche. Allerdings werden die BHKWs auch auf vielfältige Weise gefördert. Deswegen ist wichtig zu berechnen, wann sich die Kraft-Wärme-Kopplung im Keller lohnt. Als Faustregel gilt: Ein BHKW eignet sich immer dann, wenn das ganze Jahr hindurch ein relativ hoher Wärmebedarf besteht. Es sollte mindestens 5.500 Stunden jährlich betrieben werden, um wirtschaftlich arbeiten zu können. Wer das BHKW mit fossilen Brennstoffen betreibt, sorgt zudem für verhältnismäßig hohe Emissionen. Mit einem regenerativen Brennstoff wie Holz lässt sich dieser Nachteil umschiffen.
Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen als virtuelles Kraftwerk
Wenn viele kleine KWK-Anlagen von einer zentralen Stelle gesteuert werden, spricht man von einem „virtuellen Kraftwerk”. Dieses Konzept hat verschiedene Vorteile gegenüber Großkraftwerken: Es ist wesentlich effizienter, benötigt keine großen Flächen und es kann sehr schnell reguliert werden. Der letzt genannte Punkt bietet eine wichtige Chance für die Integration erneuerbarer Energien, da diese wesentlich auf schnelle Regulierbarkeit, also auf Flexibilität angewiesen sind. Beispielsweise erzeugen Windkraftanlagen bei guten Windverhältnissen viel Strom, der direkt verbraucht werden muss, da Strom nur sehr schwer gespeichert werden kann. Daher ist es wichtig, dass andere Kraftwerke in diesen Zeiten schnell runtergefahren werden können – was Großkraftwerke in der Regel nicht leisten können. So können BHKW beim Umbau des ganzen Stromsystems in Deutschland helfen und die Energiewende unterstützen.
