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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 in Frage.

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 einen wirtschaftlichen Betrieb der Module sollte eine Laufzeitoptimierung auf wenigstens 5000 Stunden pro Jahr erfolgen. Dies geschieht über Spitzenlastkessel und Pufferspeicher.
Ein Wartungsintervall beträgt je nach Brennstoff durchschnittlich nur etwa 3000 Stunden. Das heißt, dass bei optimaler Auslegung wenigstens zwei Wartungen im Jahr fällig werden.

Für kleinere Leistungen haben einige Hersteller Mikro-KWKs im Angebot, die mit Erdgas in einem Stirlingmotor Wärme und Strom erzeugen. In Verbindung mit einem ausreichend dimensionierten Pufferspeicher werden längere Laufzeiten erreicht. Spitzenlasten bei der Beheizung können mit einem integrierten Gas-Brennwertkessel gedeckt werden.

Einsatz:

Die Beheizung von Gebäuden erfordert einen wärmeorientierten Betrieb. Strom wird bei einem Heizungs-BHKW also nur dann erzeugt, wenn Heizlasten vorhanden sind.
Das führt bei einem groß ausgelegten BHKW zu einer Stromerzeugung, die je nach Witterung und Warmwasserverbrauch im Gebäude schwankt. Für einen möglichst hohen Eigen- verbrauch muss daher ein Stromspeicher eingesetzt werden. Außerdem sinkt die Laufzeit der Anlage.
Wird das BHKW hingegen nur für die Grundlast ausgelegt, um längere Laufzeiten und eine konstantere Stromerzeugung zu bekommen, muss ein zusätzlicher Wärmeerzeuger für den Winter vorgehalten werden. Das ist bei Mikro-KWKs für Ein- und Zweifamilienhäuser bereits vom Hersteller so vorbereitet.

Moderne Haushalte haben aber heute immer niedrigere Stromverbräuche - dank sparsamer Geräte und Beleuchtungen. Daher ist auch hier ein Stromspeicher sinnvoll, der aber die Investitionskosten noch zusätzlich erhöht.

Ein weiterer Grund, der eher gegen BHKWs in kleineren Wohngebäuden spricht ist, dass Solaranlagen nicht sinnvoll kombiniert werden können.
Thermische Solaranlagen für die Heizungs- und Brauchwasserunterstützung decken bereits einen Großteil der Grundlast eines Gebäudes, was aber die Laufzeit des BHKWs und somit seine Wirtschaftlichkeit verringert.
Photovoltaik-Anlagen würden zusätzlichen Strom produzieren, der mit dem Eigenbedarf eines normalen Haushalts kaum mehr verbraucht werden kann.

Fazit:

Wegen der vergleichsweise hohen Investitionskosten von BHKWs kommen Wirtschaft- lichkeitsberechnungen in der Regel noch zum Ergebnis, dass erst ab einer relativ langen Laufzeit ein sinnvoller Einsatz möglich wird. Dies ist aufgrund der großen Verbrauchs- schwankungen 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.

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.