Bei der Erzeugung elektrischer Energie ist der Verlust durch Abwärme ein klassisches Problem. Die Kraft-Wärme-Kopplung bietet eine elegante und überzeugende Lösung an. Lesen Sie bei Effizienzhaus-online mehr über die Funktion von BHKW für Ein- und Mehrfamilienhäuser!

 

So funktioniert ein BHKW: Kraft-Wärme-Kopplung

Ein BHKW (Block-Heizkraftwerk) nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Gebäuden: Bei der Stromerzeugung durch eine Wärmekraftmaschine fällt neben der elektrischen Energie immer auch Wärmeenergie an. Das deutlichste Symbol dafür sind die Kühltürme großer Kraftwerke. Wird diese Energie beim Kühlen einfach nur in die Umwelt entlassen, bedeutet das einen hohen Verlust – finanziell wie ökologisch. Wenn es stattdessen gelingt, die Wärmeenergie möglichst effizient auszunutzen, kann das den Wirkungsgrad der Gesamtanlage enorm steigern. Das ist das Prinzip großer Heizkraftwerke, die Abwärme in ein Wärmenetz einspeisen. Und es ist auch die Funktion von BHKW, die zur Heizung von Wohnhäusern und größeren Liegenschaften dienen.

Funktion eines Blockheizkraftwerkes

Quelle: Buderus

 

Die Wahl des Energieträgers: keine banale Entscheidung

Um Strom und Wärme mit einem Blockheizkraftwerk zu erzeugen, muss zunächst ein Motor betrieben und dafür ein Energieträger verbrannt werden. Mini-BHKW – kompakten KWK-Anlagen zwischen 10 und 20 kW für den dezentralen Einsatz in Privathaushalten – nutzen zumeist Erdgas. Mit anderen Energiequellen wie  Biogas, Heizöl, Diesel, Benzin oder Pflanzenöle erschließen sich viele Einsatzgebiete Die Wahl des Energieträgers spielt nicht nur für die Wirtschaftlichkeit des BHKW eine große Rolle, sondern vor allem auch für die ökologische Bilanz. Besonders der Einsatz regenerativen Pflanzenöls, obwohl im Prinzip CO2-neutral, ist aufgrund der Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau kritisch zu werten.

 

Mit der Wärme entsteht Elektrizität

Die Funktion eines BHKW muss in zwei Teilen betrachtet werden. Eine Wärmekraftmaschine erzeugt Bewegungsenergie, die auf den Generator übertragen wird. Dabei entsteht auch Wärme, die kein Abfallprodukt ist, sondern sich in den Heizkreislauf eines oder mehrerer Gebäude oder anderer Verbraucher (industrielle Prozesswärme) einspeisen lässt. Ein wichtiger Aspekt der Funktion von BHKW ist die Nähe zur Verbrauchsstelle. So werden Wärmeverluste durch lange Transportwege minimiert und ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht. Der Generator erzeugt aus der Bewegungsenergie zugleich elektrischen Strom. Damit erreichen BHKW beachtliche Gesamtwirkungsgrade von 80 bis 90 Prozent.

 

Betriebsarten: wärmegeführt oder stromgeführt

Wird die Funktion von BHKW genauer betrachtet, fällt auf, dass nicht gleichzeitig genau soviel Strom und Wärme erzeugt werden kann wie gerade vor Ort benötigt werden. Es gibt daher zwei grundsätzliche Prinzipien, ein BHKW zu betreiben: wärmegeführt oder stromgeführt. Bei einem wärmegeführten BHKW steht die Bereitstellung von Heizwärme im Vordergrund. Die Regelung ist am Wärmebedarf des Gebäudes orientiert. Die Anlage dient also – meist in Kombination mit einem zweiten Wärmeerzeuger - in erster Linie als Heizung. Der elektrische Strom steht an zweiter Stelle und wird meist in das öffentliche Netz eingespeist. Ein stromgeführtes BHKW soll die Kapazität der Stromerzeugung möglichst effektiv ausnutzen und läuft zumeist auf Volllast. Wird dabei mehr Wärme erzeugt, als vor Ort gebraucht, , fließt diese in entsprechende Pufferspeicher oder muss – im schlimmsten Fall -  über Notkühler in die Umwelt abgegeben werden. Letzteres verringert den Wirkungsgrad und sollte vermieden werden.

Der stromorientierte Betrieb ist die häufigste Regelungsart: Die erste Regelgröße ist weiterhin die Wärme. BHKW und Spitzenlastkessel decken den Wärmebedarf des Gebäudes bei voller Stromproduktion. Sinkt der Bedarf schaltet zuerst der Spitzenlastkessel ab und die ggf. überschüssige Wärme aus dem BHK geht in einen großen Pufferspeicher.

 

Auslegung: monovalent oder mit Spitzenlastkessel

Je nach Betriebsart und Funktion des BHKW kommen unterschiedliche Auslegungen in Frage. Ein monovalentes BHKW muss nach der Spitzenlast, also dem maximalen Heizenergiebedarf eines Gebäudes, ausgerichtet sein. Ein großer Pufferspeicher ist dabei praktisch unverzichtbar. Trotzdem muss die Anlage relativ häufig an- und abschalten (takten). Das wirkt sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit uns auch Haltbarkeit aus.

Wird stattdessen ein Spitzenlastkessel dazu geschaltet, kann das BHKW dauerhaft im optimalen Betriebsfenster laufen und Vollbenutzungsstunden von mehr als 5000 Stunden erreichen. Die richtige Auslegung eines BHKW beinhaltet also die konstant hohe Stromproduktion über das gesamte Jahr. Dies ist nur über einen zweiten Wärmeerzeuger und ausreichend dimensionierte Speicher für Trinkwasserbereitung und Wärmepufferung zu erreichen. Limits für den BHKW-Einsatz werden durch den sommerlichen Wärmebedarf gesetzt.

 

Einsatz im Privathaushalt erfordert umfassende Beratung

Grundsätzlich ergibt sich für den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung als so genannte Mini-BHKW auch im Bereich von Ein- und Zweifamilienhäusern ein großes Potential. Finanziell attraktiv ist die Technologie durch die Vergütung eingespeister elektrischer Energie und durch die staatlichen Fördermöglichkeiten. Die hohen Investitionskosten bedingen jedoch eine detaillierte Berechnung sowie umfassende Beratung.
 

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Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH
Foto: Buderus

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