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Blockheizkraftwerke

Grundlagen:

Block-Heizkraftwerke (BHKWs) funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Das heißt, dass bei der Gewinnung von mechanischer Energie auch die anfallende Abwärme genutzt wird. Die mechanische Energie wird meist in elektrischen Strom umgewandelt.

Technik:

Übliche BHKW-Module im größeren bis mittleren Leistungsbereich basieren auf Verbrennungsmotoren, wobei weitere wichtige Elemente wie Wärmeübertrager und Schalldämpfer bereits integriert sind. Sie erfordern einen möglichst gleichmäßigen Heizwasser-Durchfluss zur Kühlung und lange Laufzeiten ohne Unterbrechungen.
Gängige Mini-BHKWs haben Leistungswerte von etwa 30% elektrisch und 70% thermisch. Als Brennstoffe kommen Erdgas, Flüssiggas, Heizöl und Biodiesel zum Einsatz.

Großer Aufwand muss für die Reduzierung der Schall- und Abgasemissionen und für die Abwärmegewinnung betrieben werden.
Zur Vermeidung von Körperschall sind alle Anschlüsse flexibel, die Abgasleitung ist entkoppelt. Nicht völlig verbranntes Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe müssen in einem Katalysator nachbehandelt werden.
Die Wärmegewinnung erfolgt aus dem Schmieröl sowie der Motor- und Abgaskühlung. Zur Übergabe an das Heizsystem werden Plattenwärmetauscher verwendet.

Für kleinere Leistungen haben einige Hersteller Mikro-KWKs im Angebot, die mit einem Stirlingmotor mit Hilfe von Erdgas Wärme und Strom erzeugen. In Verbindung mit einem ausreichend dimensionierten Pufferspeicher werden längere Laufzeiten erreicht. Spitzenlasten bei der Beheizung deckt ein integriertes Gas-Brennwertgerät.

Auslegung:

Für den wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs sollte eine Laufzeitoptimierung erfolgen - bei größeren Anlagen auf wenigstens 5000 Stunden pro Jahr. Dazu wird das Modul deutlich kleiner als die maximale Heizlast ausgelegt und mit Spitzenlastkesseln und Pufferspeichern kombiniert.
Bei einigen BHKW-Modulen betragen die Wartungsintervall je nach Brennstoff durchschnittlich nur etwa 3000 Stunden. Das heißt, dass bei optimaler Auslegung zwei Wartungen im Jahr fällig werden.

Die erforderlichen Laufzeiten ergeben sich aus der Betrachtung der Invesitionskosten, den Betriebskosten und den Gewinnen aus der Wärme- und Stromerzeugung. Nur wenn das BHKW lange genug läuft, rechnet sich die Anlage in einem sinnvollen Zeitraum.
Deshalb ist eine zu große Auslegung und ein wärmeorientierter Betrieb des Moduls nicht wirtschaftlich.
Um den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms im Gebäude zu erhöhen, können Stromspeicher eingesetzt werden. Das wird um so wichtiger, je sparsamere Elektrogeräte und Beleuchtungen eingesetzt werden.

Die Kombination mit thermischen Solaranlagen für die Heizungs- und Brauchwasserunterstützung und mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung ist in der Regel nicht sinnvoll, da so bereits Teile der Grundlast bzw. des Eigenverbrauchs über diese Anlagen gedeckt werden und das BHKW weniger ausgelastet und damit unwirtschaftlicher wird.

Fazit:

Wegen der vergleichsweise hohen Investitionskosten von BHKWs kommen Wirtschaftlichkeitsberechnungen in der Regel noch zum Ergebnis, dass erst ab einer relativ langen Laufzeit ein sinnvoller Einsatz möglich wird. Dies ist aufgrund der großen Verbrauchsschwankungen in einzelnen Wohngebäuden nur mit entsprechendem anlagentechnischen Aufwand zu realisieren.
Deshalb werden Block-Heizkraftwerke heute noch vorwiegend in Großanlagen zur Grundlastdeckung eingesetzt, bei denen gleichzeitiger Wärme- und Strombedarf besteht, wie etwa in Krankenhäusern oder Altenheimen, sowie zur Versorgung von Fernwärmenetzen.

Neue Ansätze bei Gas- oder Wasserstoff-BHKWs mit Brennstoffzelle bzw. die Weiterentwicklung der Stirling-Motoren und Stromspeicher, machen aber Hoffnung auf einfachere Einsatzmöglichkeiten in der Zukunft.