Blockheizkraftwerke - Kraft-Wärme-Kopplung fürs Zuhause

In einem Blockheizkraftwerk wird die in einem Brennstoff enthaltene Energie in Strom und Wärme umgewandelt. Dies geschieht mit Hilfe eines Verbrennungsmotors, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Die dabei entstehende Wärme wird gleichzeitig zur Heizung oder Warmwasserbereitung genutzt. Während bei der herkömmlichen Stromproduktion nur etwa ein Wirkungsgrad von 25 bis 40 Prozent erreicht wird, bringt es ein Blockheizkraftwerk dank der Kraft-Wärme-Kopplung auf 80 bis 90 Prozent.

Die im Brennstoff gespeicherte Energie wird so größtenteils verwertet. Dadurch sind Blockheizkraftwerke sehr effizient und auch umweltfreundlich. Während bei konventioneller Stromproduktion mehr als 60 Prozent der umgewandelten Energie ungenutzt "verpufft", wird sie im Bhkw nahezu vollständig umgesetzt.

Blockheizkraftwerke lassen sich in unterschiedlichsten Größenordnungen betreiben. Die Bandbreite der elektrischen Leistung reicht von einem Kilowatt bis zu einigen Dutzend Megawatt. Die Wärmeleistung liegt dabei jeweils im dreifachen Bereich der elektrischen Leistung.

Vom Grundaufbau unterscheiden sich Blockheizkraftwerke - unabhängig von ihrer Größe - wenig. Motor, Generator und Wärmetauscher sind wesentliche Bestandteile eines Blockheizkraftwerks. Als Verbrennungsmotoren kommen "für den Hausgebrauch" je nach Brennstoff Dieselmotoren, Ottomotoren, Zündstrahlmotoren oder Gasturbinen zum Einsatz. Dies gilt für die Brennstoffe Heizöl, Pflanzenöl (meist Palmöl), Biodiesel, Erdgas oder Biogas. Auch ein Betrieb "auf Holzbasis" (Hackschnitzel, Pellets) ist möglich. Dann werden Stirlingmotoren, Dampfkraftanlagen oder Holzvergaser (mit einem Ottomotor verbunden) genutzt.

Brennstoffzellenheizung

Eine besondere Variante des Blockheizkraftwerks ist die Brennstoffzellenheizung. Hier erfolgt die Energieumwandlung in einer Brennstoffzelle im Rahmen eines chemischen Reaktionsprozesses zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Man spricht auch von "kalter Verbrennung". Der Ablauf ist dem in einer Batterie ähnlich. Dabei wird ebenfalls Strom und Wärme erzeugt. Die Brennstoffzelle ersetzt in diesem Fall den sonst nötigen Generator. Brennstoffzellenheizungen nutzten in der Regel Erdgas als Brennstoff, aus dem dann der benötigte Wasserstoff gewonnen wird. Da die Brennstoffzellenheizung im niedrigen Leistungsbereich arbeitet, ist sie besonders als Blockheizkraftwerk für ein Einfamilienhaus oder Zweifamilienhaus interessant.

Nano-Bhkw, Mikro-Bhkw und Mini-Bhkw - Blockheizwerk fürs Zuhause

Bei kleineren Blockheizkraftwerken zur lokalen Versorgung oder fürs Zuhause wird häufiger eine leistungsbezogene Unterscheidung nach Nano-Bhkw, Mikro-Bhkw und Mini-Bhkw vorgenommen. Das ist für die "richtige" Dimensionierung der Anlage relevant.

1. Nano-Blockheizkraftwerk

Ein Nano-Blockheizkraftwerk umfasst Bhkw bis zu einer elektrischen Leistung von 2,5 Kilowatt. Die technische Untergrenze liegt bei einem Kilowatt elektrischer und drei Kilowatt thermischer Leistung. Bei noch geringeren Leistungen wäre die Funktionstüchtigkeit nicht gesichert. Ein Nano-Bhkw eignet sich bereits als Blockheizkraftwerk für ein Einfamilienhaus und ist die Lösung, wenn die Kraft-Wärme-Kopplung in den eigenen vier Wänden zum Einsatz kommen soll.

2. Mikro-Blockheizkraftwerk

Mikro-Bhkw umfassen eine elektrische Leistungs-Bandbreite von 2,5 Kilowatt bis 15 Kilowatt. Solche Anlagen sind bei Gebäuden mit ganzjährig hohem Wärmebedarf sinnvoll, weil sie nur dann ausgelastet sind und die nötigen Laufzeiten für einen wirtschaftlichen Betrieb erreichen. Bei Wohn-Immobilien kommen sie vor allem als Blockheizkraftwerk für ein Mehrfamilienhaus oder bei Gebäuden mit einer Mehrzahl an Wohneinheiten in Betracht.

3. Mini-Blockheizkraftwerk

Beim Mini-Blockheizkraftwerk reicht die elektrische Leistung von 15 Kilowatt bis 50 Kilowatt, die thermische Leistung entsprechend von 45 Kilowatt bis 150 Kilowatt. Diese Dimensionen sprengen bereits deutlich den Bedarf eines einzelnen Hauses. Sie eignen sich eher für die Versorgung eines ganzen Wohnblocks oder Wohnquartiers.

Eine Bhkw-Anlage macht dann Sinn, wenn gleichzeitig Elektrizität und Wärme verbraucht wird und zwar möglichst ganzjährig. In der Realität ist das häufiger im Sommer ein Problem, weil dann nur ein geringer Bedarf an Wärme besteht. Dies führt dann zu einem relativ schlechten Wirkungsgrad des Bhkw. Generell muss ein ausreichender Wärmebedarf vorhanden sein, damit sich das Bhkw wirtschaftlich rechnet, sonst wird im laufenden Betrieb zu wenig Strom produziert. Selbst verbrauchter, eigenerzeugter Strom ist nämlich einer der größten Bhkw-Pluspunkte.

Blockheizkraftwerke sind in der Regel wärmegeführt und werden - der Kontinuität wegen - an der Grundlast des Wärmebedarfs ausgerichtet.

• Für "Spitzenbedarf" in der kalten Jahreszeit ist die Kombination mit einem Spitzenlastkessel erforderlich, damit auch dann genügend Heizenergie vorhanden ist.
• Für die Aufstellung des Bhkw-Moduls und eines Wärmespeichers muss ausreichend Platz vorhanden sein.
• Ggf. wird auch Platz für die Brennstoff-Lagerung benötigt.
• Bei Erdgas-Betrieb muss ein entsprechender Anschluss vorhanden sein.

Es gibt mittlerweile Dutzende Bhkw-Hersteller, die ihre Produkte auf dem deutschen Markt anbieten. Wenn man ein Bhkw kaufen möchte, ist es daher kein Problem, einen Bhkw-Hersteller zu finden, der ein Modul mit dem gewünschten Brennstoff anbietet. Bei den Preisen ist eine große Bandbreite festzustellen, eine wichtige Rolle spielt naturgemäß die Leistungsstärke.

• Für Nano-Bhkw-Module gelten bereits Listenpreise um die 10.000 Euro. Das ist aber der reine Gerätepreis, dabei sind noch nicht die Kosten für weitere Geräte, Installation und Anschlüsse berücksichtigt. 15.000 Euro bilden eher eine Untergrenze für die gesamten Anschaffungskosten.
• Bei Brennstoffzellenheizungen liegen die Investitionskosten höher. Ein Mikro-Blockheizkraftwerk kostet in der Anschaffung alles in allem 20.000 bis 25.000 Euro.

Da Blockheizkraftwerke sehr energieeffizient sind, werden sie auch umfassend öffentlich gefördert. Eine wesentliche Grundlage dafür bildet dasKraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (letzte Neufassung 2016). Danach wird - sofern bestimmte Bedingungen erfüllt sind - für Stromeinspeisungen in das öffentliche Netz eine Vergütung von 8 Cent je Kilowattstunde gewährt, für selbst verbrauchten Strom eine KWK-Zuschlag von 4 Cent je Kilowattstunde.

Neben den Vergütungen gibt es eine Reihe weiterer Fördermaßnahmen:

1. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet im Rahmen verschiedener Förderprogramme zinsgünstige Darlehen, die auch zur Finanzierung von Bhkw-Anlagen genutzt werden können. Für private Hauseigentümer offen sind die Programme "Erneuerbare Energien - Standard" und "Erneuerbare Energien - Premium" (beide nur für mit Biomasse betriebene Bhkw).
   Speziell für Brennstoffzellenheizungen (Anlagen von 0,25 bis 5 Kilowatt elektrische Leistung) besteht das KfW-Programm "Energieeffizient Bauen und Sanieren - Zuschuss Brennstoffzelle". Es ermöglicht Zuschüsse für die Anschaffung einer Brennstoffzellenheizung ab 5.700 Euro zusätzlich 450 Euro je angefangene 100 Watt elektrischer Leistung.
   
2. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BafA) bietet für Investitionen in Mini-Bhkw bis 20 Kilowatt elektrischer Leistung ebenfalls Investitionszuschüsse. Sie können auch für Nano- und Mikro-Bhkw genutzt werden. Die Bafa-Zuschüsse sind nach der elektrischen Leistung gestaffelt und beginnen in der untersten Stufe (Leistung < 1 Kilowatt) bei 1.900 Euro. Für eine Anlage mit einer Leistung zwischen 4 und 5 Kilowatt werden 2.900 Euro gezahlt. Zusätzlich gibt es ggf. noch Wärmeeffizienz- oder Stromeffizienz-Boni.
3. Neben diesen bundesweiten Fördermaßnahmen existieren auch noch weitere Förderaktivitäten auf der Ebene der Bundesländer - allerdings nicht in jedem Land und in erster Linie an kleine und mittlere Unternehmen gerichtet.

Besonders interessant bei den Förderprogrammen ist die Zuschuss-Förderung, da es sich de facto um "geschenktes Geld" handelt und die Investitionskosten für ein Blockheizkraftwerk nachhaltig reduziert werden können.

Die Wirtschaftlichkeits-Berechnung ist eine Kunst für sich und auch eine Frage des jeweiligen Vergleichs. Im Prinzip müssen die zusätzlichen Kosten der Anschaffung einer Bkhw-Anlage den geldwerten Vorteilen des Bhkw-Betriebs abzüglich der anlagenspezifischen laufenden Betriebskosten gegenübergestellt werden. Der geldwerte Vorteil wird dabei im Vergleich zur jeweils relevanten konventionellen Energieerzeugung und -nutzung berechnet.

Bei den laufenden Betriebskosten sind die höheren Kosten für Wartung, für (zusätzlich zur Stromerzeugung benötigten) Brennstoff und Finanzierungskosten zu berücksichtigen. Dem stehen Ersparnisse und Einnahmen durch Einspeisevergütungen bzw. durch den KWK-Zuschlag für selbst verbrauchten Strom und durch weniger Strombezug aus dem Netz entgegen.

Bei guten Bedingungen ist eine Amortisation innerhalb von zehn Jahren - also innerhalb der üblichen Lebensdauer - möglich. Ob das tatsächlich so ist, muss allerdings eine einzelfallbezogene Berechnung zeigen.

Durch die Kraft-Wärme-Kopplung sind Blockheizkraftwerke in der Lage, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad zu erzielen als konventionelle Kraftwerke. Der eingesetzte Brennstoff kann fast vollständig in Strom und Wärme umgewandelt werden. Mit einer Anlage direkt im Haus gibt es auch keine Leitungsverluste wie zum Beispiel bei Fernwärme oder externer Stromlieferung.

Bei optimaler Nutzung liegt das Einsparpotential bei der Primärenergie im Vergleich zur sonst getrennten Erzeugung von Strom und Wärme bei bis zu 40 Prozent. Dadurch werden nicht nur Ressourcen geschont, sondern es fallen auch weniger CO2-Emissionen an. Wenn erneuerbare Brennstoffe wie Biogas oder Pflanzenöl eingesetzt werden, ist sogar ein CO2-neutraler Betrieb möglich.