Entstehung / Erfindung / Vorgeschichte
Blockheizkraftwerke, kurz BHKW, sind kleine, modular aufgebaute Kraftwerke, die sowohl die darin erzeugte elektrische Energie als auch die Wärmeenergie nutzen und durch das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung sehr effektiv betrieben werden können. Dadurch, dass diese kleinen Anlagen bedingt durch ihre geringe Baugröße direkt vor Ort eingesetzt werden, kann auch die Abwärme ohne große Verluste dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Der Wirkungsgrad eines BHKW liegt je nach Baugröße zwischen 25% und 50%. Die Primärenergie wird sogar bis zu rund 90% genutzt. Gegenüber herkömmlicher Kraftwerkstechnologie ist das eine Ersparnis von Primärenergie von 40%. Jahreszeitliche Schwankung durch mehr oder weniger Wärmeabnahme werden dabei berücksichtigt.
Funktionsprinzip / Technik
Die ersten BHKW-Anlagen wurden mit Verbrennungsmotoren betrieben, die zur Erwärmung des Heizungswassers verwendet wurden. Bei denBHKW, die mit Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen arbeiten, fällt die Abwärme im Kühlsystem und im Abgas an. Die Wärme wird auf den Heizkreislauf der Zentralheizung des beheizten Gebäudes übertragen.
In der weiteren Entwicklung dieser Kraftwerke wurden dann auch Stirlingmotoren, Brennstoffzellen oder Dampfturbinen eingesetzt. Gefeuert wird überwiegend mit fossilen Brennstoffen wie Heizöl, Erdgas oder Biobrennstoffen. Holzpellets oder Sägespäne verwendet man in Stirlingmotoren und Dampfkraftanlagen.
Man unterscheidet zwischen wärmegeführten BHKW, wenn die Anlage den örtlichen Wärmebedarf abdecken soll, und stromgeführten BHKW für die nötige lokale Stromerzeugung. Wenn die Heizleistung des BHKWs nicht ausreicht, wird zusätzlich ein so genannter Spitzenlastbrenner oder auch nur eine elektrische Heizung zugeschaltet. Man spricht dabei vom bivalenten Einsatz. Nicht benötigter Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Beim monvalenten Betrieb kleinerer BHKW für Einzelgebäude versucht man, mittels Pufferspeicher ohne Spitzenlastkessel auszukommen. In Zeiten sehr hohen Energiebedarfs wird dabei auch mit dem erzeugten Strom geheizt.
Für die Beheizung von Ein- und Mehrfamilienhäusern eignen sich bereits kleine BHKW mit einer Leistung von 1 bis 5 kW elektrisch und 3 bis 15 kW thermisch. BHKW von ein paar hundert kW werden für die Versorgung mit Wärme und Strom von Wohnsiedlungen oder Einrichtungen wie Hallenbäder, Schulen oder Bürogebäuden eingesetzt. Größere Wohn- oder Gewerbegebiete benötigen BHKW mit mehr als 10.000 kW. Sie werden oft mit Schiffsdieselmotoren betrieben.
aktuelle Anwendungsbeispiele
Hier nur drei Beispiele aus einer einer unüberschaubaren Anzahl von BHKW:
Das Fernheizwerk Orschel-Hagen, Reutlingen wird von der Gemeinnützigen Wohnungsgesellschaft Reutlingen mbH (GWG) unterhalten. Die erdgasbetriebene Anlage erbringt eine elektrische Leistung von 2 MW und eine thermische Leistung 2,5 MW und zählt zu den wärmegeführten BHKW. Die für die Errichtung investierten knapp 1,6 Mio. Euro amortisierten sich in 3,6 Jahren.
Die Airbus Deutschland GmbH, Bremen betreibt in ihrem Bremer Werk eine Anlage mit einem 20 Zylinder-Magergemisch-Gasmotor, der einen 0,5 kV-Generator speist. In rund 2 ½ Jahren hatte sich die Investition von 1 Million Euro bezahlt gemacht.
Im Neubaugebiet Roxel-Nord in Münster hat die Stadtwerke Münster GmbH ein kompaktes BHKW-Modul fast ohne Wärmeverluste errichtet. Ausgestattet ist das knapp 50 kW (elektrisch) starke BHKW mit einem MAN-Gasmotor und einem wassergekühltem Asynchrongenerator. Durch einen lambda-geregelten Drei-Wege-Katalysator ist es besonders schadstoffarm.
Nutzung
BHKW-Module haben üblicherweise elektrische Leistungen zwischen 5 kW und 5 MW. Am besten ist es natürlich, wenn man ein BHKW genau nach dem Strom- und Wärmebedarf auslegt und es der Basislast entspricht. In der Praxis ist das jedoch durch schon durch jahreszeitlich bedingte Schwankungen kaum möglich. Deshalb wird ein erhöhter Bedarf an Strom aus dem öffentlichen Netz gedeckt. Bei geringerem Bedarf wird der zu viel erzeugte Strom im BHKW gepuffert oder in das öffentliche Stromversorgungsnetz gespeist. Die Heizleistung wird in den modular aufgebaute BHKW durch zu- und abschalten einzelner Aggregate geregelt. Bei Anlagen mit nur einem Aggregat wird das entsprechend gedrosselt.
Damit ein BHKW wirtschaftlich arbeitet, ist eine hohe jährliche Anzahl an Betriebsstunden erforderlich. Die Investitionen in die Anlage amortisieren sich durch die Vergütung für den erzeugten Strom und die Wärme oder dadurch, dass man die Kosten für die Abnahme der Energie von einem Energieversorgungsunternehmen einspart. Wärmebedarfskennlinien geben über die erforderliche Spitzenwärmeleistung eines BHKWs Aufschluss.
Vorteile / Nachteile
Die Vorteile von BHKW liegen in der effektiven Nutzung, da sie ortsnah eingesetzt und durch den modularen Aufbau je nach Energiebedarf betrieben werden können. Der Grad der Nutzung der Primärenergie ist mit 90% sehr hoch, die Schadstoffemissionen sehr gering.
In Planung ist der Einsatz von BHKW als „virtuelles Kraftwerk“, d.h. viele dezentrale Anlagen werden über eine gemeinsame Zentrale gesteuert und ergeben so ein Netz von kleinen Energieerzeugern, die schnell auf den jeweiligen Bedarf reagieren können. Im Zusammenspiel mit Wind- und Solarenergie, die nicht immer im Bedarfsfall zur Verfügung stehen, können BHKW als schnell errreichbare Energiespeicher dienen.
Ein Nachteil von BHKW in Ein- und Mehrfamilienhäusernliegt in den um vieles erhöhten Anschaffungskosten gegenüber einer normalen Heizungsanlage, zumal die meisten BHKW, was den Wärmebedarf angeht, überdimensioniert sind.
Usw.
Die Errichtung und der Betrieb von BHKW wird in Deutschland durch das „Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung“ gefördert. Dieses Gesetz verpflichtet auch Netzbetreiber, den aus BHKW-Anlagen ins öffentliche Netz eingespeisten Strom zu vergüten. Außerdem sollen Steuererleichterungen wie z.B. die Erstattung der Energiesteuer für den eingesetzten Brennstoff, Anreiz zur weiteren Errichtung solcher Anlagen schaffen. Im Sinne der gewünschte CO2-Reduktion wäre das wünschenswert.
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