Dezentrale Kraftwerke erzeugen Strom und Wärme effizient, nachhaltig und bedarfsgerecht. Sie sorgen zudem für stabile Strom- und Wärmenetze. Die ASUE informiert über Funktion und Wirtschaftlichkeit.
Der Begriff Blockheizkraftwerk (BHKW) hat sich in seinem Ursprung von "Wohnblock" abgeleitet. Um die umgebenden Stromnetze nicht zu stark zu belasten, sollte der Energiebedarf neuer, größerer Gebäude - egal ob Wohnungen oder Gewerbe - lokal und damit nahezu verlustfrei gedeckt werden. Und so wurden gasbasierte Stromerzeuger (Kraftwerke) installiert, deren Abwärme für Heizungszwecke abgeführt wird.
Als lokale Stromerzeuger stehen grundsätzlich mehrere Verfahren zur Verfügung. Neben Photovoltaikanlagen sind dies BHKW, die die Drehbewegung eines Gasmotors oder einer Gasturbine oder die chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle ausnutzen. Auf diese Seite liegt der Fokus auf Gasmotor-BHKW.
Die Funktionsweise eines BHKW nutzt die chemisch gespeicherte Energie eines beinahe beliebigen Brennstoffs. In den am häufigsten eingesetzten Gasmotor-BHKW werden Erdgas und Biomethan, aber auch Wasserstoff und andere Gasgemische eingesetzt, die alle eines gemeinsam haben: Gemeinsam mit Luftsauerstoff sind sie zündfähig. Durch diese grundsätzliche Flexibilität sind BHKW vielerorts einsetzbar und für einen klimaneutralen Betrieb bereit.
Die Effizienz von BHKW wird in den Angaben zum Wirkungsgrad (eta, η) in Prozent (%) ausgedrückt. Dieser Wert gibt an, welcher Anteil der im Brennstoff gespeicherten Energie in Wärme (ηth) und Strom (ηel) umgesetzt wird. Die elektrische Wirkungsgrade reichen von etwa 30 % bei kleineren Motoren bis über 40 % bei Großmotoren. Die thermischen Wirkungsgrade variieren zwischen 60 % bei kleinen und 45 % bei großen Motoren. Der jeweilige Gesamtwirkungsgrad ergibt sich aus der Summe von ηth und ηel, so dass mehr als 90 % der zugeführten Energie genutzt werden kann. So wird die Wärme, die bei Verbrennungsprozessen immer frei wird, nicht an die Umwelt abgegeben und sinnvoll genutzt.
Stromvergütung und Stromeinspeisung, Wärmeverkauf und Wärmelieferung, Druckluft und Kälte
Der in einem Blockheizkraftwerk produzierte Strom wird mit Vorrangrecht ins öffentliche Netz eingespeist oder selbst verbraucht. Das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) legt zudem spezielle Vergütungssätze für den Strom, die sich z. B. nach Art der Stromeinspeisung und nach der Größenordnung des BHKWs richten, fest. Des Weiteren können ein Teil der durch die dezentrale Stromerzeugung 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 vom BHKW selbst verbrauchte Strom vergütet.
Der BHKW-Betrieb im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) eröffnet KWK-Betreibern eine klimaneutrale Option: Durch die Nutzung von Biomethan oder Biodiesel als Brennstoff werden die im Vergleich zum KWKG erhöhten EEG-Boni durch den Stromnetzbetreiber gezahlt. Für den Betrieb mit Biomethan sind an einem Erdgas-BHKW keinerlei Umbauten nötig, so dass einzig die Verfügbarkeit von Biomethan und dessen Kosten über den Einsatz entscheiden.
Die Nutzung der BHKW-Abwärme ist nicht gesetzlich geregelt. Hier ist es Aufgabe des Betreibers, die Abwärme gewinnbringend zu verteilen. In der Praxis bedeutet dies heute häufig, einen ausreichen dimensionierten Wärmespeicher am BHKW zu installieren, was den Betrieb zu Zeiten hoher Strompreise bei verzögerter Nutzung der Abwärme ermöglicht.
Insbesondere die Kombination von BHKW mit anderen Heiztechnologien, wie Wärmepumpe, Solarthermie oder Biomassekesseln eröffnet dem Betreiber die effiziente Darstellung vieler verschiedener Betriebszustände, indem jede Technologie in ihrem optimalen Betriebsfenster genutzt wird. Gerade in Energiezentralen in durch die kommunale Wärmeplanung vielerorts vorgesehenen Wärmenetzen spielen diese Anlagenkonstellationen ihr Stärken aus.
Zu Beachten ist allerdings: Wenn ein Wärmenetz maßgeblich aus BHKW versorgt wird, liegt der Versorgungsschwerpunkt auf der effizienten Wärmelieferung und der erzeugte Strom wird unabhängig von möglichen Preissignalen aus dem Strommarkt eingespeist.
In der Klimatisierung von Gebäuden oder der Bereitstellung von Kühlmitteln für industrielle Prozesse treten große Bedarfe an Kälte auf. Neben der meist elektrisch betriebenen Kompressionskälte gibt es auch Sorptionsanlagen, die physikalische Effekte beim Mischen und Trennen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen ausnutzen, um aus Wärme Kälte zu erzeugen. Alle größeren BHKW-Hersteller haben entsprechende KWKK-Anlagen im Programm unterstützen so Unternehmen dabei, den steigenden Stromkosten mit effizienten, technischen Anlagen zu begegnen.
Für die Bereitstellung von Druckluft werden in der Industrie meist elektrisch angetriebene Kompressoren genutzt. Ist die Stromverfügbarkeit beschränkt oder ist die elektrische Energie zu teuer, kann sich ein DHKW lohnen. Hier wird anstelle des beim BHKW genutzten Stromgenerators ein an die jeweilige Anwendung angepasster Verdichter montiert, der von einem Gasmotor angetrieben wird. Dessen Abwärme steht weiterhin für Heizzwecke zur Verfügung.
Wärmegeführter versus strompreisgeführter Betrieb
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.
Demgegenüber stehen Zeiten, in denen das Stromnetz in Deutschland durch PV- und/oder Windstrom überversorgt ist, was sich bis hin zu negativen Strompreisen auswirkt. Das bedeutet, dass Großverbraucher in diesen Zeiten Geld dafür bekommen, Strom aus dem Netz aufzunehmen und es dadurch zu stabilisieren. Hier würden die systemischen Vorteile eines wärmegeführt betriebenen, Strom einspeisenden BHKW ungenutzt verpuffen, so dass BHKW heute nicht mehr auf eine möglichst lange Laufzeit ausgelegt werden.
Vielmehr ermöglicht die Reaktion auf Preissignale, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen und von in diesen Zeiten erhöhten Erlösen für den BHKW-Strom zu profitieren. Die Energiegesetzgebung unterstützt diesen Ansatz und fördert nicht mehr pauschal jede eingespeiste Kilowattstunde sondern deckelt die Förderung bis zu einer maximalen Anzahl an Volllaststunden.
Der Arbeitskreis Blockheizkraftwerke ist eine Plattform zum Informations- und Ideenaustausch. Im Arbeitskreis werden aktuelle energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen, technische Neuentwicklungen und Geschäftsideen diskutiert. Die Anregungen aus dem Arbeitskreis werden durch die ASUE-Geschäftsstelle als Stellungnahmen, Broschüren oder Veranstaltungen in Richtung Anwender und Politik übermittelt. Der Arbeitskreis wird seit dem Jahr 2017 von Dr. Georg Klene von den Stadtwerken Lemgo oder seinem Stellvertreter Gerhard Neuhaus von der DEW 21 geleitet.
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