Blockheizkraftwerk

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine kompakte Anlage zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Der Schwerpunkt liegt bei den herkömmlichen Blockheizkraftwerken auf der Stromerzeugung, der Begriff wird synonym zu Heizkraftwerk verwendet.

Ursprünglich beruhten BHKW-Anlagen auf Verbrennungsmotoren, deren Kühlkreislauf zur Aufheizung von Wasser für Heizzwecke verwendet wurde. Inzwischen werden auch andere Systeme wie Stirling-Motor, Brennstoffzelle oder Mikrogasturbinen in BHKW-Anlagen eingesetzt. Auch ist die Wärmeerzeugung nicht mehr nur auf Heizzwecke beschränkt. BHKW-Anlagen werden auch für die Prozesswärmeerzeugung (Dampf, Heißluft, Thermoöl) oder für die Kälteerzeugung genutzt. Wesentlich für BHKW-Anlagen ist ihr kompakter Aufbau, der besondere Vorteile beim dezentralen Einsatz bietet, und der hohe Gesamtnutzungsgrad durch die Kraft-Wärme-Kopplung.

Der ökonomische und damit auch ökologische Grundgedanke liegt darin, die Stromerzeugung als Nebenprodukt der unumgänglich notwendigen Wärmeerzeugung für einen Heiz- oder Kühlprozess zu betrachten. Der erzeugte Strom wird vor Ort verbraucht oder ins Stromnetz eingespeist.

Der insgesamt deutlich höhere Wirkungsgrad eines BHKW gegenüber dem herkömmlichen Mischbetrieb aus lokaler Heizung und zentraler Stromversorgung beruht darauf, dass der Energieverlust bei der Stromerzeugung hier als Abwärme auftritt, die ohne Transportverlust direkt vor Ort zum Heizen eingesetzt wird, was im zentralen Elektrizitätswerk nicht möglich ist. Der für sich genommen geringere Wirkungsgrad des einfachen Generators eines BHKW im Verhältnis zum Kraftwerk fällt dabei nicht ins Gewicht, da ohnehin meist mehr Heiz- als Stromenergie gebraucht wird.

Neu sind die mit geringem Aufwand konstruierten Linatoren (Lineargeneratoren), die für Ein- oder Mehrfamilienhäuser entwickelt wurden. Sie eignen sich gegebenenfalls auch für den Einsatz in Entwicklungsländern. Ein solcher effizienter Heizkessel mit integriertem Dampfmotor als Generator zur Stromerzeugung hat den ersten Platz beim "Wuppertal Energie- und Umweltpreis 2005" gewonnen. Da diese Mini-Blockheizkraftwerke laut Wuppertal Institut die Serienreife erreicht haben, dürfte der Durchbruch auf dem mitteleuropäischen Markt für Haustechnik bevorstehen.

Wird der finanzielle Aufwand eines Einfamilienhauses für Heizung, Warmwasserbereitung und Strom zusammen in einer Summe gerechnet, was derzeit noch unüblich ist, dann werden kleine BHKWs in Zukunft vermutlich wirtschaftlich unschlagbar werden.

Technik

Blockheizkraftwerke können sowohl aus herkömmlichen Verbrennungsmotoren als auch aus Mini-Gasturbinen und anderen Motoren, etwa Stirlingmotoren, oder aus Brennstoffzellen bestehen.

Als Kraftstoffe kommen vorwiegend fossile oder regenerative Kohlenwasserstoffe wie Heizöl, Pflanzenöl, Biodiesel (für einen Dieselmotor) oder Erdgas bzw. Biogas (für einen Ottomotor, Zündstrahlmotor oder eine Gasturbine) zum Einsatz, daneben auch Holzpellets als nachwachsender Rohstoff.

Bei BHKW-Anlagen auf Basis von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen fällt Abwärme im Kühlkreislauf und im Abgas an. Sie wird über Wärmetauscher in den Heizkreislauf der Gebäudezentralheizung überführt. Blockheizkraftwerke arbeiten durch diese Art der Kraft-Wärme-Kopplung mit Wirkungsgraden von bis zu ca. 95 %, abhängig von der jeweiligen Auslastung und dem Motorwirkungsgrad. Der reine elektrische Wirkungsgrad beträgt je nach Motorgröße und Fabrikat zwischen 30 und 43 %.

Kleine BHKWs von ca. 3–5 kW elektrischer Leistung eignen sich für den Betrieb in Mehrfamilienhäusern. Große BHKWs mit Schiffsdieselmotoren bis 10.000 kW werden für die Strom- und Wärmeversorgung von Wohn- und Gewerbegebieten sowie Fabriken verwendet.

Eine bestehende Heizungsinstallation kann bei Umstellung auf ein BHKW meist unverändert weiter genutzt werden. Bisweilen dienen sie lediglich nur noch als Reserve für die sogenannte Spitzenlast, d.h. die Zeit sehr hohen Energiebedarfs (z.B. im Winter).

Wirtschaftlichkeit

Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer BHKW-Anlage ist ein möglichst gleichmäßiger Wärmebedarf. Bedarfsschwankungen können begrenzt durch Wärmespeicher oder eher unbegrenzt durch zeitweiligen gleichzeitigen Weiterbetrieb der alten Heizung ausgeglichen werden. Für die Abnahme der Wärme im Sommer kann eine Absorptionskältemaschine eingesetzt werden, die Kälte zur Klimatisierung erzeugt. Man spricht dann von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Starke Schwankungen im Wärmebedarf führen zu häufiger An- und Abschaltung der BHKW-Anlage und vermindern damit den Nutzungsgrad.

BHKWs werden in Deutschland durch das Gesetz zur Kraft-Wärme-Kopplung gefördert. Hierbei erhält der Betreiber einer BHKW-Anlage für den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom eine garantierte Vergütung vom Stromnetzbetreiber. Diese unterliegt jedoch Auflagen, die bei der Konzeption von BHKW-Anlagen zu berücksichtigen sind. In der Praxis wird damit die vom Gesetzgebers beabsichtigte Verbreitung von BHKW wieder begrenzt; die gewünschte CO₂-Reduzierung (Kyoto-Protokoll) wird daher auf diesem Wege bisher kaum voran gebracht.

Zukünftige Einsätze der BHKWs werden zunehmend die Virtuellen Kraftwerke sein. Bedingt durch den immer höher werdenden Anteil an Wind- und Solarenergie, die nicht zuverlässig Strom liefern, sind diese Anlagen ein guter, schnell erreichbarer Puffer. In den Haushalten liefern sie die notwendige Energie für warmes Wasser und Heizung und schließen zentral gesteuert die Lücken der anderen regenerativen Erzeuger.

Einsatzbeispiele gibt es nicht nur im Neubau oder in der Industrie, auch in der Altbausanierung oder in denkmalgeschützten Gebäuden ist ein BHKW möglich. Beispiel: Arbeitersiedlung Hessisch Lichtenau In Hessisch Lichtenau wurde 1995 in einer denkmalgeschützten Arbeitersiedlung ein Erdgas-BHKW gebaut, das 1998 mit dem Preis der deutschen Gaswirtschaft ausgezeichnet wurde.

Weblinks

www.thema-energie.de - Wissenskatalog Energie: Blockheizkraftwerke
[1] - Wuppertal Institut - Pressemitteilung 13/2005 zur Verleihung des "Wuppertal Energie- und Umweltpreis 2005"
[2] Aktuelle Ansätze zur Energie-, Trinkwasser und Nahrungsbereitstellung] (Kulturwissenschaftliches Zentrum Wuppertal) 130 S. pdf-Datei, Stand Dezember 2004
[3] bietet noch weitere aktuelle Informationen zum Thema Energie und Umwelt