Strom
Kategorie: Strom, Heizung
Kombinierte Energieerzeugung durch den Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gekoppelte Erzeugung von Strom (=Kraft) und nutzbarer Wärme. Bei kleinen Anlagengrößen, die für die Versorgung von einzelnen Objekten konzipiert sind, sogenannten Blockheizkraftwerken (BHKW), ist der wichtigste und häufigste Anlagentyp der Gas-Ottomotor, der in der Regel mit Erdgas betrieben wird. Andere Technologien zur Kraft-Wärme-Kopplung verwenden Dieselmotoren, geschlossene Dampfkraftprozesse, Gasturbinen oder Stirlingmotoren. Auch der Einsatz von Brennstoffzellen zählt zur KWK-Technik.
Oben: Mit dem Einsatz von BHKW wird Energie nicht nur wirtschaftlich genutzt, es reduzieren sich zudem die entstehenden Treibhausgase.
Unten: Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird ein Generator eingesetzt, der die gesamte Antriebsenergie in Strom umwandelt. Gleichzeitig wird auch die Abwärme, die im Motor entsteht, über Kühlwasser- und Abgaswärmetauscher genutzt.
Der Gas-Ottomotor arbeitet wie ein Benzin-Automotor, ist aber auf eine lange Laufzeit hin optimiert. Anstelle der Lichtmaschine des Autos wird ein Generator eingesetzt, der die gesamte Antriebsenergie in Strom umwandelt. Gleichzeitig wird Abwärme, die im Motor entsteht, über Kühlwasser- und Abgaswärmetauscher zur Beheizung der Gebäude und zur Brauchwassererwärmung nutzbar gemacht. Als Brennstoff wird meist Erdgas eingesetzt, aber auch Heizöl und regenerative Brennstoffe, wie Biogas oder Pflanzenöl, sind möglich. Mit der kombinierten Wärme- und Stromerzeugung erreichen moderne BHKW einen energetischen Nutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie, der zwischen 80 und 90 Prozent liegen kann und damit wesentlich höher ist als bei herkömmlichen Verfahren zur getrennten Erzeugung von Wärme und Strom. Beispielsweise erreicht man mit einem Niedertemperatur-Gaskessel (Normnutzungsgrad 90 Prozent) zusammen mit aus deutschem Kraftwerksmix erzeugtem Strom (Normnutzungsgrad 38 Prozent) einen Wirkungsgrad von lediglich 64 Prozent. Ein weiterer Aspekt ist Emissionsreduzierung durch BHKW, speziell bei Staub und Schwefeldioxid, aber auch bei den Stickoxiden und dem Kohlendioxid.
Wirtschaftlichkeit
Um ein BHKW wirtschaftlich betreiben zu können, gilt es einige Aspekte zu beachten. Bedingt durch den schlechteren thermischen Wirkungsgrad eines BHKW gegenüber einem Heizkessel ist für die Bereitstellung der gleichen Wärmemenge ein höherer Brennstoffeinsatz notwendig. Die daraus resultierenden höheren Brennstoffkosten und die Investitionskosten müssen über den eingesparten Strombezug und die Einspeisevergütung refinanziert werden.
Die Auslegung eines BHKW sollte sich am Grundlastbedarf für Strom und Wärme orientieren. Eine möglichst hohe Benutzungsstundenzahl ist anzustreben. Die thermische Leistung des BHKW sollte kleiner beziehungsweise gleich dem Grundlastbedarf ausgelegt werden. Die jährlichen Betriebsstunden eines BHKW sind das wichtigste Entscheidungskriterium für den wirtschaftlichen Einsatz. Bei Mini-BHKW liegt dieser Wert erfahrungsgemäß bei mindestens 6000 bis 7000 Betriebsstunden. Da ein Jahr etwa 8760 Stunden hat, liegt die Hürde für eine Wirtschaftlichkeit relativ hoch. Für den vom BHKW erzeugten Strom ist in der Regel innerhalb des Objektes immer ein Bedarf vorhanden. Wenn nicht, ist auch eine Einspeisung in das Netz des Energieversorgers mit einer entsprechenden Vergütung möglich. Problematisch wird es beim ganzjährigen Wärmebedarf.
In der Heizperiode von Oktober bis April, wenn ausreichender Wärmebedarf für die Raumheizung vorhanden ist, sind Betriebsstunden von 20 bis 24 Stunden pro Tag für ein Mini-BHKW durchaus möglich, sodass in dieser Zeit das BHKW auf eine Laufzeit von etwa 4300 Stunden kommen kann. Die verbleibenden 1700 bis 2700 Betriebsstunden müssten in den Sommermonaten erbracht werden. Bei Wohngebäuden wird der Wärmebedarf im Sommer fast ausschließlich von der Trinkwassererwärmung bestimmt. Da für die Erwärmung von einem Liter Wasser von 10 auf 60 Grad Celsius grob überschlägig zirka 0,06 Kilowattstunden benötigt werden, lässt sich über den täglichen Trinkwarmwasserbedarf ungefähr die Wärmegrundlast und somit die möglichen Betriebsstunden des Mini-BHKW für die Sommermonate bestimmen.
Für den wirtschaftlichen Einsatz eines Mini-BHKW ist es fast unerlässlich, dass eine zentrale Trinkwarmwassererwärmung für das Gebäude vorhanden ist.
Die EnergieAgentur.NRW bietet online einen BHKW-Rechner an. Mit diesem kann grob die Wirtschaftlichkeit eines BHKW in einem Mehrfamilienhaus mit Standort in NRW bestimmt werden. Zu finden ist der Rechner unter www.energieagentur.nrw.de
Autor: Dipl.-Ing. (FH) Matthias Kabus/ MBA