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Der Begriff des Blockheizkraftwerks (BHKW) ist vielen an Energiethemen Interessierten vor allem aus der Industrie geläufig. BHKW sind in der Lage, auch für große Produktionsanlagen und Industrieunternehmen die nötige Heizwärme und ausreichend Strom zu liefern. Dabei nutzen sie das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung: Die Wärme, die im Zuge der Stromproduktion entsteht, wird für die Warmwasserbereitung sowie die Beheizung genutzt. Diese doppelte Nutzung spart etwa 40 % Primärenergie ein.

 

Blockheizkraftwerke - Die verschiedenen Varianten

Doch seit einigen Jahren werden auch kleinere BHKW angeboten. Dabei gab es zunächst nur Anlagen, die sich aufgrund ihrer Auslegung für Restaurants, Hotels, Seniorenheime, Schulen, Dienstleistungs- oder Gewerbebetriebe oder auch Mehrfamilienhäuser eigneten. Sie werden als Mini-BHKW bezeichnet und decken den Leistungsbereich von >15 kW bis <50 kW ab. Aus wirtschaftlichen Gründen eignen sie sich, wenn die jährliche Anzahl der Volllaststunden bei etwa 7.000 liegt.

Für ein typisches Einfamilienhaus mit einem durchschnittlichen Energieverbrauch sind Mikro-BHKW gedacht. Ihre elektrische Leistung liegt bei mehr als 2,5 kW bis unter 15 kW. Sie werden in der Regel mit Erdgas betrieben, es kommen jedoch auch andere Energieträger wie Heizöl, Pflanzenöl, Biogas, Bioöl oder Holz in Betracht. Sowohl bei dem Betrieb von Mini- als auch von Mikro-BHKW wird der im Haus nicht benötigte Strom in das öffentliche Stromnetz gegen eine Einspeisevergütung eingeleitet. Diese Regelung beruht auf dem Kraft-Wärme-Kopplung-Gesetz (KWK-Gesetz) und macht zusammen mit der KfW-Förderung diese Form der Hausbeheizung zunehmend attraktiv. Da keine Energie aufgrund von langen Transportwegen verloren gehen kann, beträgt der Gesamtwirkungsgrad, der sich auf die Strom- und Wärmeerzeugung bezieht, fast 90 %.

Doch es geht noch kleiner: Für Ein- bis max. Dreifamilienhäuser wurden Nano-BHKW konzipiert. Da sie sich sowohl in der Technik als auch in der Bauform deutlich von Mikro-BHKW unterscheiden, sind sie als eigene Klasse anzusehen. Sie verfügen über eine elektrische Leistung von bis zu 2,5 kW und werden mit einem Stirlingmotor oder einer Brennstoffzelle betrieben. Bislang sind Nano-BHKW noch vergleichsweise teuer, was ihren wirtschaftlichen Betrieb schwierig macht. Da sie aufgrund ihrer geringeren Leistungsfähigkeit weniger ertragreich produzieren als größere BHKW, ist ihre Wirtschaftlichkeit auch im Vergleich zu den größeren Anlagen nur schwer einzuschätzen. Einige Hersteller haben jedoch bereits die Preise für Nano-BHKW gesenkt, was deren Anschaffung attraktiver werden lässt. Aufgrund der uneinheitlichen Technik wird ein Preisvergleich für einen Laien erschwert: Während einige Modelle problemlos installiert werden können, sind bei anderen vor der Inbetriebnahme noch umfangreiche Anpassungen bei der Elektrik, der Hydraulik oder am Abgassystem nötig, die den Komplettpreis für ein zunächst relativ preisgünstiges Nano-BHKW stark in die Höhe treiben können. Daher ist vor einer Entscheidung für eines der Modelle der Rat eines Fachbetriebs unbedingt nötig. Die Investitionskosten betragen etwa 15.000 Euro; Fachleute gehen, auch angesichts der steigenden Energiepreise, davon aus, dass sich eine solche Anlage nach zehn Jahren amortisiert hat.

 

Unterschiedliche Techniken beim Blockheizkraftwerk

Derzeit werden BHKW mit verschiedenen Motoren angeboten. Ein Verbrennungsmotor arbeitet mit Flüssiggas, Erdgas, Heizöl oder Pflanzenöl und hat einen sehr hohen Gesamt-Wirkungsgrad von 80 % bis 90 %. Weil jedoch häufig Ölwechsel vorgenommen werden müssen, sind die Wartungskosten vergleichsweise hoch. Außerdem wirken sich die Lärmentwicklung, die entstehenden Schwingungen und – wenn Öl verbrannt wird – die Emissionen sehr störend aus.

BHKWHäufig werden BHKW mit einem Stirlingmotor angeboten. Er arbeitet nach dem Prinzip, dass ein in einen Kolben eingeschlossenes Arbeitsgas von außen erhitzt und gekühlt wird und sich deshalb ausdehnt bzw. zusammenzieht. Das erhitzte Arbeitsgas gibt auf seinem Weg in die kühlere Zone des Zylinders Wärmeenergie an einen Speicher ab. Dieser Speicher nimmt die Wärme kurzzeitig auf und gibt sie dann wieder an das Gas ab, sobald vom kühlen wieder zurück in den warmen Bereich geschoben wird. Der Speicher nimmt bis zu 80 % der gespeicherten Wärme auf. Die meisten Sterlingmotoren sind als Hubkolbenmaschinen aufgebaut. Durch die ständig brennende Flamme, die das Arbeitsgas erhitzt, entstehen nur geringe Abgasemissionen. Je nach Brenner können als Energieträger sowohl Erdgas oder Flüssiggas als auch Heizöl, Pflanzenöl oder Holzpellets eingesetzt werden. Der Stirlingmotor arbeitet leise und erzeugt nur einen geringen Wartungsbedarf.

Auch Dampfmotoren eignen sich für den Betrieb eines BHKW. Innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs wird Wasser erwärmt. Der entstehende Wasserdampf kondensiert in einem Expansionsmodul und gibt Wärme an den Heizkreis ab. Danach wird das Wasser zum Verdampfer zurückgeleitet. Dampfmotoren erreichen bei Mikro-BHKW nur geringe Wirkungsgrade von bis zu 15 %, jedoch einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 %. Sie stehen kurz vor der Serienfertigung.

Die jüngste Technik, die für BHKW verwendet wird, ist die Brennstoffzelle. Sie unterscheidet sich vor allem dadurch von den anderen Technologien, dass sie den verwendeten Energieträger direkt über eine elektrochemische und nicht über eine thermodynamische Reaktion in Strom umwandelt. Die Herstellungskosten sind derzeit zwar noch relativ hoch, werden aber absehbar durch stetige Fortschritte bei der Fertigung und Konstruktion preisgünstiger werden. Ihre Vorteile liegen im fast lautlosen Betrieb und den geringen Wartungskosten, da nur sehr wenige bewegliche Teile eingebaut wurden.

 

 

Grafik: www.technik-verstehen.de, Peter Lehmacher

 

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