Warum sind Erdags-BHKW besser als Kohlestrom
Strom und Wärme vom BHKW -
unabhängiger von Stromnetz und Wetter
Beim Neubau aber auch bei Sanierungsvorhaben stellt sich immer wieder die Frage nach der
Energieversorgung. Kohlestrom lässt sich ohne weiteres einfach aus dem Netz nutzen. Für eine
Kraft-Wärme-Kopplung ist die Errichtung eines BHKW genannten Blockheizkraftwerkes erforderlich.
Lohnt sich der Aufwand dennoch und ist ein Erdgas-BHKW tatsächlich im Vergleich zu Kohlestrom die
bessere Wahl?
Kohlestrom vor dem Aus
Die klare Antwort auf diese Frage lautet: Ja, ein BHKW ist gegenüber Kohlestrom eindeutig die
bessere Wahl. Das liegt alleine schon daran, dass das Ende der Kohleverstromung in Deutschland
besiegelt ist: Spätestens bis 2038 soll der Kohleausstieg abgeschlossen und Kohlestrom ganz vom
Netz genommen sein. Schon sehr viel früher nämlich bis 2022 soll die Kohlestrom-Kapazität im
Vergleich zum Ende der 2010er Jahre um ganze 12,5 Gigawatt oder 28 Prozent verringert werden.
BHKW-Vorteile in Stichpunkten
Aber Blockheizkraftwerke bieten auch für sich betrachtet
eine ganze Reihe an Vorteilen:
- Nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugen sie nicht nur Strom sondern auch Wärme für
Heizung und Warmwasser.
- Sie werden mit einem Brennstoff, idealerweise Erdgas, versorgt. Damit arbeitet ein BHKW dezentral
und gleichzeitig wetterunabhängig.
- Erdgas-Blockheizkraftwerke sind umweltfreundlich: Ihre Energieeffizienz liegt bei rund 90 Prozent
und darüber. Ihre CO2-Bilanz fällt weit niedriger aus als die anderer auf Brennstoff basierten
Alternativen.
- Aufgrund des wirtschaftlichen Betriebes ist eine Amortisierung oft schon nach wenigen Jahren
erreicht. Danach fahren Erdgas-Blockheizkraftwerke Gewinne ein.
- Sie sind zuverlässig sowie leise im Betrieb und haben dank moderner Technik einen moderaten
Wartungsbedarf.
- Ein Erdgas-Blockheizkraftwerk wirkt sich wertsteigernd auf das Objekt, in dem es sich befindet,
aus.
- Für die Kraft-Wärme-Kopplung und ein BHKW ist eine staatliche Förderung möglich.
Was sind eigentlich Kraft-Wärme-Kopplung und Erdgas-BHKW?
Mit Kraft-Wärme-Kopplung ist gemeint, dass nur eine Anlage elektrische Energie also Strom und
gleichzeitig Wärmeenergie produziert. Erreicht wird dies durch ein Blockheizkraftwerk. Seine
zentrale Komponente ist ein Brennstoff-Motor. Prinzipiell sind hier verschiedene Motoren möglich.
Am weitesten verbreitet sind jedoch Gasmotoren. Dabei handelt es sich um eine äußerst praktikable
Lösung, vor allem wenn bereits ein Gasanschluss vorhanden ist. Die dahinter stehende Technik ist
ausgereift, praxiserprobt sowie zuverlässig und langlebig. Ferner erreichen Gasmotoren bei der
Kraft-Wärme-Kopplung einen Wirkungsgrad, der 90 Prozent überschreiten kann. Zur Wartung benötigen
die Gasmotoren jedoch in regelmäßigen Abständen einen Ölwechsel. Der Betrieb ist übrigens nicht
nur mit Erdgas sondern auch mit Biogas möglich.
Generator mit Kilo schwerer Kupferspule
Aufgabe des Motors ist es, einen Generator mit mechanischer Energie zu beliefern. Sie wird dort in
elektrische Energie umgewandelt. Das funktioniert ganz ähnlich wie bei einem Fahrrad-Dynamo. Eine
Spule im Generator rotiert in einem Magnetfeld. Es entsteht ein elektrisches Feld, dessen Energie
als Strom genutzt werden kann. Wo im Dynamo jedoch eine Spule von einigen Gramm Front- und
Rücklampen zum Leuchten bringt, sind es in einem BHKW Kupfer-Spulen von einigen Dutzend Kilogramm
und mehr. Sie können je nach Größe ein Einfamilienhaus, Mehrfamilienhäuser oder auch ganze
Siedlungen beziehungsweise Verwaltungsgebäude, Anlagen von Unternehmen sowie Hotels und
Krankenhäuser mit Strom versorgen.
Abwärme vom Motor: wertvolle Wärmeenergie
Beim Betrieb des Motors entsteht über die mechanische Energie hinaus Abwärmeenergie. Genau sie
geht bei der konventionellen Stromerzeugung oft ungenutzt verloren. Nicht so beim BHKW. Die Abwärme
oder thermische Energie wird vielmehr an einen Wärmetauscher geleitet. Von hier wiederum geht die
Wärmeenergie weiter an das Heizungssystem sowie an die Warmwasserversorgung.
Steuerung über Internet möglich
Dazu kommt natürlich eine Steuereinheit mit Bediener-Interface. Hier sind alle Daten vom BHKW
abrufbar und können über Tastatur oder Touchscreen eingestellt werden. Bei Kraftwerk Mephisto BHKW
funktionieren Überwachung und Bedienung sogar via Internet. Damit gelingt die Kontrolle vom Blockheizkraftwerk
auch via Computer, Tablet oder Smartphone - vom Schreibtisch aus, vom Sofa sowie von
unterwegs.
Geringe Energie-Effizienz von Kohlestrom
Beim Kohlestrom hingegen, wird Braun- oder Steinkohle nach einer Aufbereitung und Verarbeitung
verfeuert. Die Hitze erwärmt Wasser bis es verdampft. Der Dampf kommt über eine Rohrleitung zu
einer Turbine. Sie erzeugt den Strom, der in das Netz eingespeist wird. Um die Turbine zu betreiben,
gibt der Wasserdampf in den meisten Anlagen nur etwa 30 bis 40 Prozent seiner Energie ab. Die
restliche Energie geht in Form von Wärmeenergie an das Kühlwasser über.
Bis vor Kurzem: 300 Millionen Tonnen CO2 durch Kohlestrom
Eingerechnet werden muss dabei, dass der Abbau von Kohle beispielsweise im Tagebau erhebliche
Landschafts-Zerstörungen mit sich bringt. Zudem muss die Kohle in einigen Fällen über weite
Strecken zum Kraftwerk transportiert werden. Bei ihrer Verbrennung fallen gigantische Mengen an CO2
an. Im Jahre 2016 waren das alleine in Deutschland 300 Millionen Tonnen. Dazu kommt der geringe
Wirkungsgrad. Die Abwärme aus den großen Kohlekraftwerken ist kaum nutzbar. Die Standorte der
Kraftwerke sind in der Regel einfach zu weit von möglichen Abnehmern der Wärmeenergie entfernt. So
wird sie ungenutzt auf das Kühlwasser übertragen, was vielerorts zu einer bedenklichen Erhöhung
der Gewässertemperaturen führt. Dadurch werden ökologische Gleichgewichte empfindlich
beeinträchtigt.
BHKW kann erneuerbare Energien ergänzen
Die angestrebte Alternative dazu sind erneuerbare Energien. Photovoltaikanlagen können schon einen
erheblichen Beitrag zur Stromversorgung leisten. Insgesamt betrachtet ist die Leistung erneuerbarer
Energien aber noch zu abhängig beispielsweise von Witterungsbedingungen und nicht bedarfsdeckend.
Auch ist die Rentabilität in vielen Bereichen gegenwärtig nicht im hinreichenden Maße gegeben. Um dennoch
schon heute auf Kohlestrom verzichten zu können, kann das BHKW eine Rückgrat-Funktion einnehmen:
Es erzeugt Strom und Wärme, arbeitet lokal, sehr energieeffizient sowie wetterunabhängig. Damit
sind Blockheizkraftwerke eine ideale Ergänzung für erneuerbare Energien, denn auch ein BHKW alleine
arbeitet in der Regel nicht bedarfsdeckend.
Gleichmäßige Motorleistung wichtig
Um sinnvoll entscheiden zu können, wie groß das Blockheizkraftwerk im konkreten Fall dimensioniert
sein sollte, ist es wichtig, sich einige Fakten zur dahinter stehenden Technik zu vergegenwärtigen:
Herzstück von Blockheizkraftwerken ist ein Verbrennungsmotor. Jeder, der ein Auto nutzt, weiß,
dass bei Kurzstrecken der Verbrauch höher ist als auf Langstrecken. Werden vornehmlich kürzere
Strecken zurückgelegt, mindert dies ferner die Lebenserwartung vom Motor. Beim BHKW ist das
genauso. Daher ist es sinnvoll, das Blockheizkraftwerk so unterbrechungsfrei wie möglich zu
betreiben.
So viele Betriebsstunden wie möglich
Mindestens sollten dies 5.000 besser 6.000 Stunden im Jahr (8.760 Stunden) sein. Allerdings schwankt
der Energiebedarf im Laufe des Tages ebenso wie in den verschiedenen Jahreszeiten. Wer nun also ein
Blockheizkraftwerk mit einer Kapazität anschafft, die an den Bedarf eisig kalter Wintertage
ausgerichtet ist, nimmt ein häufiges An- und Abschalten des Motors in Kauf. Je weiter der
Energiebedarf nämlich in diesem Falle unter der winterlichen, sogenannten Spitzenlast liegt, desto
schneller wird das BHKW den gewünschten Wert erreicht haben und abschalten. Ein wirtschaftlicher
Betrieb ist so kaum möglich. Außerdem wird das Material stark beansprucht.
BHKW zur Abdeckung etwas oberhalb der Grundlast
Interessant für die Wahl der idealen Größe vom Blockheizkraftwerk ist ein anderer Wert: die
Grundlast. Hierbei handelt es sich um den Mindest-Energieverbrauch, der zu jedem Zeitpunkt des
Jahres erreicht wird. Um eine sinnvolle Auslastung zu erreichen, muss im konkreten Falle nun
ermittelt werden, welcher Mindestverbrauch an den oben erwähnten etwa 5.000 bis 6.000 Stunden des
Jahres auftritt. Entspricht die Leistung des BHKW diesem Verbrauchswert, ist es über die
dazugehörige Anzahl an Stunden pro Jahr in Betrieb. Idealerweise läuft es im Winter ganz ohne
Unterbrechung und im Sommer nur gelegentlich, um den Warmwasser-Speicher auf Temperatur zu halten.
Wärmegeführtes BHKW wird durch Netz- oder Solarstrom ergänzt
Bei dieser Betriebsart steht also die Heizleistung vom Blockheizkraftwerk im Mittelpunkt. Deswegen
heißt sie "wärmegeführt". In den meisten Fällen ist das auch die sinnvollste Betriebsart. Sie
hat indes zur Folge, dass sich das Kraftwerk, wenn seine Wärmeleistung nicht benötigt wird,
abschaltet. Geschieht das, produziert es natürlich auch keinen Strom mehr. Damit die
Stromversorgung in solchen Situationen dennoch nicht unterbrochen wird, bleibt der Netzanschluss
bestehen oder eine Photovoltaikanlage springt ein. Letzteres ist besonders günstig, da die
Abschaltzeiten ja praktisch ausschließlich im Sommer liegen.
Stromgeführtes BHKW mit größerem Wärmespeicher
In größeren Anlagen kann aber auch ein zweites, kleineres Blockheizkraftwerk Strom liefern, wenn
das Haupt-BHKW im Sommer eine Pause einlegt. Für dieses Notstromaggregat kommt eine andere
Betriebsart in Frage. Es wird "stromgeführt". Das heißt, Größe und Betriebszeiten von diesem
Blockheizkraftwerk, werden durch den maximalen Bedarf an Strom festgelegt. Dadurch ist
gewährleistet, dass nur in absoluten Ausnahmefällen oder gar nicht mehr auf das Stromnetz
zurückgegriffen werden muss. Das heißt aber auch, dass ein stromgeführtes BHKW häufig Strom und
damit Abwärme produziert, wenn keine Wärmeenergie benötigt wird. Damit sie nicht verloren geht,
muss der Wärmespeicher entsprechend vergrößert werden.
Strom ins Netz einspeisen
Es kommt ebenfalls vor, dass Blockheizkraftwerke Strom über den konkreten Bedarf hinaus
produzieren. Das ist vor allem bei der Betriebsart "wärmegeführt" der Fall. Daher befinden sich
BHKWs in der Regel im Netzparallelbetrieb. Der erzeugte Strom geht zunächst an die direkt
angeschlossenen Abnehmer. Ist dort der Bedarf an elektrischer Energie gedeckt, aber nicht der an
Wärmeenergie, wird der zusätzlich produzierte Strom in das Netz eingespeist. Vom Netzbetreiber
muss dieser abgenommen werden. Allerdings ist die Einspeisevergütung geringer als der reguläre
Strompreis. Als Alternative bietet sich an, zu viel produzierten Strom in einem Akku zu speichern.
In Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage kann das rentabel sein. Oft lohnt es sich jedoch noch
nicht. Allerdings ist anzunehmen, dass Akkus in Zukunft leistungsfähiger und günstiger werden.
Dass ein wärmegeführtes BHKW nicht zu viel Wärme produziert, ist gewährleistet durch die Wahl
seiner Leistungskraft sowie dadurch, dass es sich bei einem Bedarf, der unterhalb der festgelegten
Grenze liegt, abschaltet. Wird jedoch über seine Kapazität hinaus Wärmeenergie benötigt, muss
auch dafür eine zusätzliche Spitzenlastversorgung bestehen.
Unterschiedliche Größen von BHKW
Grundlage für die Größen-Kategorisierung von BHKWs ist ihre elektrische Leistung. Sie wird
korrekt in "Kilowatt elektrisch" oder "kWel" angegeben. Oft wird aber einfach nur die Bezeichnung
"Kilowatt" oder "kW" verwendet. Ein BHKW kann übrigens je nach elektrischer Leistung und Bauart
Strom und thermische Energie in einem unterschiedlichen Verhältnis produzieren. Bei kleineren
Anlagen ist in der Regel der elektrische Anteil niedriger, während der an Wärmeenergie höher ist.
Bei größeren Blockheizkraftwerken nähert er sich zunehmend einem ausgeglichenen Wert an.
Blockheizkraftwerke werden in vier Gruppen eingeteilt:
- Nano-BHKW erzeugen bis zu 2,5 Kilowatt Strom. Ihre Heizleistung liegt fast immer mindestens beim
Doppelten, kann aber auch auf einen zweistelligen Kilowatt-Bereich kommen. Daher reichen sie oft
schon aus, um die Grundlast an Wärmeenergie für ein oder sogar mehrere Einfamilienhäuser
bereitzustellen. Mit kompakten Maßen passen sie selbst in einen kleinen Kellerraum. Dank
Schallschutz liegt ihre Geräuschentwicklung im Betrieb kaum über der eines Kühlschranks.
- Mikro-BHKW befinden sich im Bereich von 2,5 bis 20 Kilowatt elektrischer Energie. Im unteren Bereich
sind sie noch für Einfamilienhäuser ausgelegt. Größere Modelle können aber auch ganze Mehrfamilienhäuser
versorgen.
- Mini-BHKW sind mit einer elektrischen Leistung von 20 bis 50 Kilowatt für große Mehrfamilienhäuser,
Wohnanlagen, Hotels, Bürogebäude, Schulen geeignet.
- Groß-BHKW erzeugen über 50 Kilowatt elektrische Energie. Sie liefern Strom und Wärme für größere
Objekte, Siedlungen, Krankenhäuser sowie Produktionsanlagen.
Sind BHKW genehmigungspflichtig?
Nano- Mikro-, und Mini-Blockheizkraftwerke benötigen keine Genehmigung. In einigen Bundesländern
ist jedoch eine baurechtliche meist vereinfachte Beantragung vorgesehen. Eine Genehmigungspflicht
besteht erst ab 50 kW elektrischer Leistung. Allerdings ist es bei jeder Größe erforderlich, den
Schornsteinfeger zu informieren. Zudem wird eine Mitteilung an den Netzbetreiber inklusive Antrag
zur Einspeisung von Strom fällig.
Gibt es eine Förderung für BHKW?
Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen wie Blockheizkraftwerke können von der Kreditanstalt für
Wiederaufbau (KfW) durch zinsgünstige Kredite gefördert werden. Zudem gibt es
Fördermöglichkeiten durch das Bundesamt für Wirtschaft- und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Darüber
hinaus gibt es Förderprogramme einzelner Bundesländer. Dank Kraft-Wärme-Kopplungs-Zuschlag
(KWK-Zuschlag) bekommt man Extra-Geld für eingespeisten und selbst verbrauchten BHKWStrom
geben.