Blockheizkraftwerk - BHKW

Beim Hausneubau oder der grundlegenden Sanierung einer Immobilie bietet es sich an, über die Anschaffung eines Blockheizkraftwerks zur Erzeugung von Strom sowie Wärmeenergie für die Heizung und Warmwasserbereitung nachzudenken.

 

1. Mikro-Blockheizkraftwerk

 

Der Gedanke, einen Wärmeerzeuger gleichzeitig zum Generator zu machen ist nahe liegend. Ein Verbrennungsvorgang liefert Wärme von mehreren hundert Grad Celsius — das Gebäude oder der Warmwasserspeicher benötigen aber nur 25° bis 70° C. Aus einem hohen Temperaturgefälle lässt sich elektrische Energie gewinnen. Die Industrie ist dabei, verschiedene Techniken weiterzuentwickeln und in den Markt zu bringen:

  • Verbrennungsmotoren, vergleichbar den im Fahrzeugbau verwendeten,
  • Stirlingmotoren, bei denen ein Arbeitsgas wechselweise erwärmt und gekühlt wird, wobei es sich ausdehnt und zusammenzieht und damit einen Kolben treibt
  • und Brennstoffzellengeräte, die man sich am besten vorstellt wie eine Batterie, die durch eine flammenlose Verbrennung in einer Membran elektrische Energie erzeugt.

All diese Techniken sind aufwändig und entsprechend teuer. Welche Entwicklungslinie sich am ehesten durchsetzen wird, ist noch nicht entschieden.

 

Die Wirtschaftlichkeit ist dann am ehesten gegeben, wenn ein BHKW möglichst viele Stunden im Jahr läuft und entsprechend viel (vergüteten) Strom produziert. D. h. am schnellsten amortisieren sie sich in einem Gebäude mit einem gleichmäßigen Wärmebedarf. Dabei liefern sie die „Grundlast“ und ein zusätzlicher Spitzenlastkessel (meistens Gas) wird bei sehr hoher Wärmeanforderung zusätzlich betrieben.

 

Ein gleichzeitiger Betrieb einer Solaranlage vermindert die Zahl der jährlichen Betriebsstunden und verschlechtert die Wirtschaftlichkeit des BHKW - ist somit kontraproduktiv. Ist in dem Gebäude bereits eine Solaranlage vorhanden, ergibt sich jedoch der Vorteil, dass der Solarspeicher nun auch als Pufferspeicher für das BHKW dienen kann.

 

Ihren Platz finden stromerzeugende Heizungen z. B.:

·     in Gewerbebetrieben mit einem relativ hohen Warmwasserbedarf: Wäschereien, Hotels, Heime, Metzgereien ...

  • und in Gebäuden mit einer langen Heizperiode; z. B. denkmalgeschützte Häuser, die nicht auf einen Niedrigenergiehausstandard gebracht werden können.
  • in Reihenhauszeilen und Mehrfamilienhäusern, die von einer Heizzentrale aus versorgt werden, können sie die Grundlast übernehmen. Für die Spitzenlast wird dann zusätzlich ein Brennwertkessel eingesetzt.

 

In solchen Fällen amortisieren sich u. U. die Investitionen in die stromerzeugende Heiztechnik. In jedem Fall sollte der Anlagenplaner vorher berechnen, wie hoch die Betriebszeit pro Jahr sein wird, und wie groß der Pufferspeicher im System ausgelegt werden muss, damit nicht zu häufige Starts nötig werden, was die Lebensdauer der Geräte verkürzen würde.

 

Fortschrittliche Energieversorger entwickeln derzeit Leasing-Vertragsmodelle bei denen der Aufwand für die Anschaffung und die Wartung der BHKW teilweise von ihnen übernommen wird. Denn wenn die BHKW nicht nur anhand des Wärmebedarfes im Gebäude sondern auch anhand des aktuellen Strompreises gefahren werden (virtuelles Kraftwerk), kann die schwankende Erzeugung durch Wind und Sonnenenergie damit ausgeglichen werden. So wird ein Teil der Reservekapazität der Kraftwerksbetreiber entbehrlich — ein Kostenvorteil, den man mit dem BHKW-Betreiber teilen kann. Ein weiteres Argument für diese Technik ist die Tatsache, dass die elektrischen Wärmepumpen an kalten Tagen eine Bedarfsspitze verursachen können, die gut zum Stromangebot der BHKW passt.

 

Die Hersteller der Mikro-BHKW (ca. 1 kW elektrische Leistung) gehen davon aus, dass die Geräte ihren optimalen Einsatzbereich in Gebäuden mit einem Jahresverbrauch von 20.000 bis ca. 40.000 kWh finden, was 2.000 bis 4.000 Liter Hizölverbrauch entspricht.

 

Mehr Informationen zu BHKW finden Sie auf:


www.stromerzeugende-heizung.de

 

Eine Hilfe zur BHKW-Berechnung findet sich hier.

 

 

2. BHKW mit Verbrennungs- (Otto-)Motor

 

Der besondere Vorteil dieser Technik liegt darin, dass hier Komponenten verwendet werden, die durch ihren Einsatz in der Fahrzeugtechnik schon mehr als ein ganzes Jahrhundert an Optimierung hinter sich haben, während Stirlingmaschinen und Brennstoffzellen ihren Praxistest im Alltag erst noch bestehen müssen. Deshalb kann man davon ausgehen, dass, von ein wenig Wartungsaufwand (Zündkerzen- und Ölwechsel) abgesehen, diese Geräte zuverlässig funktionieren. Ein weiterer Pluspunkt ist der im Vergleich zum Stirlingmotor höhere elektrische Wirkungsgrad. Der Hauptnachteil liegt in der Geräuschentwicklung, die eine Aufstellung im beheizten Bereich zumindest problematisch macht.

 

 

3. BHKW mit Stirlinggenerator

 

Bei dieser Technik wird das Arbeitsgas, welches den Kolben bewegt, nicht durch eine Explosion im Zylinder erwärmt, sondern von außen über eine kontinuierliche Verbrennung. Dafür kann grundsätzlich jeder Brennstoff eingesetzt werden; auch ein Betrieb mit Solarwärme ist möglich. Leider ist die Entwicklung noch nicht so weit, dass Stirlingmaschinen, die mit Biomasse befeuert werden und außerdem klein und zuverlässig genug für den Einsatz im Einfamilienhaus sind, verfügbar wären. Geräte, die mit Gas betrieben werden, sind hingegen schon auf dem Markt. Die stetige Verbrennung macht diese Technik deutlich leiser als die Verbrennungsmotoren. Nachteilig ist die aufwändigere und teure Herstellung der Stirlingmaschinen, denn es muss zur Minimierung der Reibungsverluste mit extrem niedrigen Toleranzen gearbeitet werden.

 

 

4. BHKW mit Brennstoffzellen

 

Die Brennstoffzellen wurden ursprünglich für den Einsatz in der Weltraumfahrt und im militärischen Bereich entwickelt, z. B in U-Booten und für den Betrieb mit reinem Wasserstoffgas konzipiert. Für den Betrieb mit Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, muss es in einem ersten Reaktionsschritt in Wasserstoff und Kohlendioxyd umgewandelt werden. Probleme bereitet auch die Tatsache, dass Erdgas noch eine Reihe von Spurengasen enthält, die von der empfindlichen Elektrolytmembran ferngehalten werden müssen.

 

Bei den Brennstoffzellen für den Einsatz in der Heiztechnik stehen derzeit zwei Konzepte gegeneinander:

 

- Die keramische Hochtemperaturbrennstoffzelle erreicht einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60 % und kommt wegen der hohen Temperaturen ohne einen Reformer aus. Der Nachteil besteht darin, dass sie sich sehr schlecht abschalten lässt. Das derzeit am Markt erhältliche Gerät lässt sich zwar laut Hersteller innerhalb von 3 Tagen an- bzw. abfahren, jedoch altert dabei der Zellenstapel durch die entstehenden thermischen Spannungen erheblich. Deshalb sollte die Zelle grundsätzlich das gesamte Jahr durchlaufen und wenn keine Wärme gebraucht wird, mit Leitungswasser gekühlt werden (Verbrauch 30 Liter/Tag).

 

- Die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle die bei geringeren Temperaturen (bis 100° C) betrieben wird, hat einen geringeren elektrischer Wirkungsgrad (ca. 50 %). Dafür ist das ein- /ausschalten weit weniger problematisch. Die Forschung arbeitet seit über 10 Jahren daran die Technik zur Serienreife zu entwickeln. Feldtests, mit denen im Jahr 2003 begonnen wurde, laufen noch. Gegenwärtigen Planungen zufolge sollen die Geräte ca. 2013 auf den Markt kommen.