Blockheizkraftwerke

Kraft-Wärme-Kopplung

Als Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet man das Verfahren, bei dem die Stromerzeugung am Ort des Wärme-bedarfs geschieht und damit die gesamte mit dem Brennstoff zugeführte Energie nahezu verlustfrei genutzt wird. Während in der klassischen Energie-versorgung Strom zentral erzeugt und der Wärmeanteil meist verworfen wird, wird die KWK-Anlage nahe des Wärmeverbrauches errichtet. Der Strom kann dann als zusätzlicher Gewinn selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. So erreichen KWK-Anlagen sehr hohe Gesamtwirkungsgrade, reduzieren die spezifischen CO2-Emissionen und entlasten die elektrischen Netze durch lokale Stromproduktion. Die hoch-effiziente Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) leistet damit einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen einer emissionsarmen Energieversorgung und wird unter anderem durch das KWK-Gesetz gefördert.

Blockheizkraftwerk Funktion

In einem Blockheizkraftwerk oder BHKW werden Strom und Wärme also „en bloc“ erzeugt. Diese Bezeichnung ist technologieoffen und wird durch verschiedene Verfahren umgesetzt. Zum Antrieb eines Stromgenerators werden in Motor-BHKWs gasförmige oder flüssige Brennstoffe eingesetzt, während Gasturbinen-BHKWs auf gasförmige Treibstoffe festgelegt sind. In Brennstoffzellen-BHKWs werden

Strom und Wärme in einem elektrochemischen Verfahren erzeugt. Allen BHKW-Verfahren ist gemein, dass hohe Gesamtwirkungsgrade von bis zu 95 % erreicht werden.

BHKW Wirkungsgrade bei unterschiedlichen elektrischen Leistungen

Betrachtet man das BHKW als zusätzliche Systemkomponente am Ort der vorhandenen Wärmeerzeugung, so entspricht die zusätzliche für die Stromerzeugung verbrauchte Energie-einheit nahezu der erzeugten Strommenge selbst. Das heißt, dass der Strom mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 % erzeugt wird. Dieses ist mit keinem anderen, in der Technik bekannten Verfahren möglich.

Auf dieser Seite werden die Motor-BHKWs näher betrachtet. Deren elektrische Wirkungsgrade reichen von etwa 30 % bei kleineren Motoren bis über 40 % bei Großmotoren. Die thermischen Wirkungsgrade variieren zwischen ca. 60 % bei kleinen und ca. 45 % bei großen Motoren.

Für verschiedene Anwendungen werden heute auf dem Markt BHKW-Anlagen in einem weiten Bereich von ca. 1 kW bis hin zu 14 MW Antriebsleistung angeboten.

Blockheizkraftwerk Treibstoff

Motor-Blockheizkraftwerke können technisch an die meisten verfügbaren Flüssig- und Gaskraftstoffe angepasst werden. So werden neben handels-üblichen Treibstoffen wie Erdgas, Biomethan, Biogas, Propan, (Bio-)Diesel, (Pflanzen-)Öl auch Sondergase wie Gruben-, Deponie- oder Klärgas zur effizienten Energieumwandlung genutzt. Durch den Einsatz von Erdgas bzw. Biomethan im BHKW wird eine besonders große Emissionsentlastung gegenüber der konventionellen Energieversorgung erzielt – fast 60 %. Zudem verbrennen Erdgas und Biomethan staubfrei und praktisch ohne Bildung von Schwefel-dioxid. Auch das Abgasniveau von NOx kann besonders effektiv reduziert werden.

Broschüre

BHKW-Kenndaten 2014/15
Auflistung von mehr als 1.200 auf dem Markt verfügbaren BHKW-Anlagen hinsichtlich Leistung, Wirkungsgrad, Abmessungen und Verwendungsmöglichkeiten

BHKW Wirkungsgrade Leistungen Kenndaten 201415

BHKW Wirtschaftlichkeit

Blockheizkraftwerk Kosten

Grundlage für den wirtschaftlichen Betrieb von Blockheizkraftwerken sind ausbalancierte Kosten und Gewinne. Den Investitionen des eigentlichen BHKWs, seiner zugehörigen Installationen und des Kraftstoffs stehen die Einnahmen aus Wärme- und Stromverkauf gegenüber.

Die spezifischen Kosten für die eigentliche BHKW-Anlage verlaufen von rund 6.000 €/installierter kWel bei kleinen Aggregaten (2 kWel) bis zu 450 €/kW elektrischer Leistung bei großen Anlagen. Für den Einbau sollten rund 60 % des Anlagenpreises zusätzlich kalkuliert werden. Die Wartungs- und Instandhaltungskosten liegen bei rund 4 ct/kWhel für kleine und 0,5 ct/kWhel für große BHKW-Anlagen.

Daher sind die einzurechnenden Strom- und Wärmegutschriften für die Wirtschaftlichkeit eines BHKWs bedeutende Faktoren. Dient der Strom im Wesentlichen der Eigenstromversorgung, können die Kosten des Strombezuges entsprechend zugrunde gelegt werden.

Stromvergütung und Steuererstattung

Der in einem Blockheizkraftwerk produzierte Strom kann ins öffentliche Netz eingespeist oder selbst verbraucht werden. Im KWK-Gesetz wurden gesetzliche Regelungen geschaffen, die z. B. nach Art der Stromeinspeisung und nach der Größenordnung des BHKWs spezielle Vergütungssätze für den Strom festlegen. Des Weiteren können ein Teil der vermiedenen Netznutzungsgebühren abgerechnet und ein Teil der Energie- und Stromsteuer zurückerstattet werden. Grundsätzlich wird der ins Netz eingespeiste Strom mit dem jeweils aktuellen Börsenstrompreis, den vermiedenen Netznutzungsentgelten und einem KWK-Zuschlag vergütet. Bei KWK-Anlagen kleiner 100 kWel wird ebenfalls der selbst verbrauchte Strom vergütet.

Die Anwendung der Gesetze unter-scheidet sich je nach Anlagentyp und -größe und beeinflusst die Wirtschaft-lichkeit von Blockheizkraftwerken stark. Eine verständliche Übersicht der bei der Planung eines BHKWs relevanten Rahmenbedingungen ist in unserem 2018 aktualisierten Mini-BHKW-Leitfaden zu finden.

Anwendungen von Blockheizkraftwerken

Blockheizkraftwerke können überall dort eingesetzt werden, wo eine relativ hohe thermische Grundlast vorhanden ist. Zu solchen Betrieben zählen unter anderem Wohngebäude, Schulen, Krankenhäuser und Bürogebäude aber auch Schwimmbäder, Gewerbebetriebe und die produzierende Industrie. Die Auslegung des BHKWs auf eine möglichst lange Laufzeit bei Volllast erlaubt dabei die spezifische Anpassung an jeden Sonderfall und führt zu einer effizienten Reduktion von Primärenergieverbrauch und CO2-Emissionen.

Broschüre

Über die Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken in Hotels
Verständlicher Überblick über die Energieversorgung von Hotels mit Blockheizkraftwerken (BHKW). Insbesondere werden durch exemplarische Wirtschaftlichkeits-berechnungen für drei unterschiedlich große Hotels die ökonomischen Vorteile detailliert beleuchtet.

BHKW in Hotels

KWKK – Strom, Wärme und Kälte aus einer Anlage

Anlagen zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung finden sich in zunehmendem Maße in größeren Immobilien, immer dort, wo neben einem winterlichen Wärmebedarf ein namhafter Kältebedarf für Klimatisierung oder Prozesskühlung besteht. Hierzu gehören Hotels, Krankenhäuser, Bürogebäude, aber insbesondere auch Fertigungsstätten der Lebensmittelindustrie oder weitere industrielle Kühlprozesse. Die kleinsten KWKK-Anlagen bieten eine Stromerzeugung von 5 kW, eine Kälteleistung von 10 kW und eine Wärmeleistung von 15 kW. Nach oben sind durch große Bauarten und Kaskadenschaltung von Einzelanlagen keine Grenzen gesetzt.

Im KWKK-Prozess wird durch die Kombination eines BHKWs mit einer Sorptionsanlage – dieses kann ein Absorber oder ein Adsorber sein – Strom, Kälte und Wärme zugleich erzeugt. Hieraus resultieren eine optimale Energieausnutzung und eine sehr gute Wirtschaftlichkeit. Ihr Stromverbrauch beschränkt sich auf die Steuerung sowie wenige Pumpen mit geringer Leistungsaufnahme.

Die neben der Stromerzeugung im BHKW anfallende Abwärme treibt in der nachgeschalteten Sorptionsanlage einen thermischen Verdichter an, der seinerseits einen Kühlkreislauf antreibt. Je nach eingesetzter Sorptions-Stoffpaarung liegt der thermische Wirkungsgrad bei 60 – 80 %.

Mehr dazu im ausführlichen PDF