Energie doppelt nutzen: Kraft-Wärme-Kopplung.

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Blockheizkraftwerke in allen Leistungsgrößen
Ob für Ein- oder Mehrfamilienhäuser, ob für Gewerbebauten oder ganze Wohnsied­lungen – Blockheizkraftwerke stehen heute in allen Leistungsgrößen zur Verfügung. Foto: Vaillant ecoPower

Ausgerechnet dort, wo der Wärmeschutz noch nicht perfekt ist, im Altbau, kann eine zukunftsweisende Technik ihre Vorteile ausspielen: die stromerzeugende Heizung.

Stromerzeugende Heizungen sind nichts anderes als kleine Blockheizkraftwerke, die nach einem einfachen, aber genialen Prinzip arbeiten: Sie verbrauchen nur einmal Energie, nutzen diese dann aber gleich zweimal, nämlich sowohl für die Strom- als auch für die Heizwärme- und Warmwasser-Erzeugung. Die Geräte verbinden also die Herstellung von Kraft (Strom) mit Wärme. Man spricht daher von Kraft-Wärme-Kopplung. Die doppelte Nutzung der eingesetzten Energie ermöglicht einen Gesamtwirkungsgrad von rund 90 Prozent. Zum Vergleich: Bei großen Kohlekraftwerken liegt der Wirkungsgrad mit rund 40 Prozent deutlich niedriger, weil die ungenutzte Abwärme und der Transport des erzeugten Stroms zu hohen Energieverlusten führen. Im Vergleich zu getrennter Strom- und Wärmeerzeugung sind auch die CO2-Emissionen um bis zu 50 Prozent geringer. Für die Stromerzeugung treiben speziell entwickelte Motoren einen Generator an. Als Antriebsmittel kommt meist Erdgas oder Bio-Erdgas zum Einsatz, je nach Motor sind aber auch Öl, Diesel oder Pellets möglich.

An den Wärmebedarf angepasst

Kleine BHKW sind zumeist „wärmegeführt“, sie treten in Aktion, sobald Heizwärme oder warmes Wasser angefordert wird. Wird wenig angefordert, ist auch die Stromproduktion mager. Lässt man die Geräte stattdessen durchlaufen, ist der Pufferspeicher bald randvoll. Und dann? In neuen Einfamilienhäusern mit sehr geringem Wärmebedarf kann ihr Talent deshalb zum Problem werden. Die Technik ist vor allem für Modernisierer interessant. Hans-Jürgen Nowak von der Initiative Wärme+ rechnet vor: Ersetzt man in einem Einfamilienhaus mit einem jährlichen Erdgasverbrauch von 46.000 Kilowattstunden den alten Kessel durch eine KWK-Anlage, so reduzieren sich die Betriebskosten deutlich. Der Einsatz einer Heizung, die gleichzeitig Strom erzeugt, ermöglicht eine jährliche Einsparung von bis zu 750 Euro bei Strom und Gas.“
Man unterscheidet BHKW nach der elektrischen Leistung, die sie liefern können. Im typischen Einfamilienhaus ist daher nicht das Mini- und oft nicht einmal das Mikro-, sondern normalerweise das Nano-BHKW die richtige Wahl, mit einer elektrischen Leistung von einem bis zwei Kilowatt (kWel) und einer thermischen von drei bis sechs Kilowatt (kWth). Der kleine Motor wird hier häufig mit einem Gasbrenner zu einer Einheit zusammengefasst, der bei hohem Wärmebedarf im Winter einspringt. Der Gasbrenner kann aber auch in einer separaten Einheit untergebracht sein. Das eigentliche BHKW deckt die Grundlast ab und kann auf diese Weise längere Laufzeiten erreichen. Eigenverbrauch Soll die Stromproduktion einen nennenswerten Beitrag zur Finanzierung der Investition leisten – durch die Einspeisevergütung oder den Eigenverbrauch vor Ort – muss das BHKW mindestens 5.000, besser 5.500 Stunden im Jahr in Betrieb sein. Der Planer muss also den Bedarf des Hauses und seiner Bewohner an Heizleistung und Warmwasser recht genau kennen. Einen Stromüberschuss kann man zur Not immer ins Netz abgeben, es gibt aber bereits Rechenmodelle, die die Kombination mit einem Batteriespeicher zur zeitversetzten Nutzung nahelegen. Schließlich bedeutet bei den gegenwärtigen Strompreisen jede nicht eingekaufte Kilowattstunde eine Entlastung für die Haushaltskasse, und hinzu kommt noch der KWK-Zuschlag auch bei Eigenverbrauch (siehe Kasten „Finanzierung & Förderung“). Die Umrüstung auf ein Kleinstkraftwerk stellt in der Regel kein Problem dar. Die kompakten Geräte nehmen nicht viel Platz weg. Sie stecken in etwa kühlschrankgroßen Gehäusen („Block“). Vibrations- und Geräuschdämmung machen sie so leise, dass man den laufenden Motor in den Wohnräumen nicht hört. Vorhandene Heizkörper und Leitungen können weitergenutzt werden.

Elektroautos können als mobile Speicher nicht nur für Sonnenstrom, sondern auch für Überschüsse aus dem häuslichen Kleinkraftwerk dienen. Foto: E.ON
Elektroautos können als mobile Speicher nicht nur für Sonnenstrom, sondern auch für Überschüsse aus dem häuslichen Kleinkraftwerk dienen. Foto: E.ON

Beitrag zu Energiewende

Führende Wissenschaftler stellen sich das Energiesystem der Zukunft dezentral vor, mit vielen kleinen anstatt wenigen großen Erzeugern, als Netz, in dem Energie an allen Knoten CO2-arm und effizient erzeugt, gleich verbraucht oder verteilt wird. Kleinst-BHKW spielen darin eine wichtige Rolle. Obwohl sie mehrheitlich mit fossilen Brennstoffen betrieben werden (Rapsöl, Biogas und Holz sind noch Ausnahmen), werden sie staatlich gefördert. Selbst das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), das einen Mindestanteil Erneuerbarer im Energiemix eines Neubaus verlangt, akzeptiert die Technik als Ersatz für zum Beispiel Pelletkessel oder Wärmepumpe. Wie auch die brandneuen Brennstoffzellengeräte für den Keller. Sie gewinnen Strom und Wärme durch umgekehrte Elektrolyse aus Wasserstoff, faszinieren technik­affine Bauherren noch mehr als die gängigen BHKW. Sie sind derzeit aber noch recht kostspielig.

Weitere Infos

Aufgepasst
Da es bei der Kraft-Wärme-Kopplung vor allem auf die Kraft ankommt, ist die „Stromkennzahl“ von Bedeutung. Sie gibt das Verhältnis von Stromerzeugung (in kWhel) zu Wärmeerzeugung (in kWhth) an. Beträgt es beispielsweise 1:2, lautet die Stromkennzahl 0,5. Je größer sie ist, desto mehr Strom produziert das Gerät und desto schneller macht es sich bezahlt. Die Kennzahl der handelsüblichen Ottomotor-BHKWs liegt derzeit zwischen 0,3 und 0,5, die der Stirling-Motor-Aggregate etwas niedriger. Ganz vorne stehen gasbetriebene Brennstoffzellen-Geräte, die von einigen Herstellern gerade zur Serienreife entwickelt werden. Laut Industrie bewegen sich die Stromkennzahlen dieser Geräte auf die 2,5 zu.

„Vitavalor 300-P“ mit integriertem Gas-Brennwertkessel und Speicher ist eines der ersten serienmäßig gefertigten Brennstoffzellen-Heizgeräte auf dem deutschen Markt. Es produziert im Tagesverlauf bis zu 15 kWh Strom. Foto: Viessmann
„Vitavalor 300-P“ mit integriertem Gas-Brennwertkessel und Speicher ist eines der ersten serienmäßig gefertigten Brennstoffzellen-Heizgeräte auf dem deutschen Markt. Es produziert im Tagesverlauf bis zu 15 kWh Strom. Foto: Viessmann

Infotipp
Ausführliche Informationen über Klein- und Kleinst-BHKW findet man im Internet z. B. unter „www.co2online.de„, betrieben von einer gemeinnützigen Beratungsgesellschaft, unterstützt unter anderem vom Bundes- ministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit; „www.kwk-fuer-nrw.de„, Info-Website zur Kraft-Wärme-Kopplung, betreut von der Energie-Agentur NRW GmbH, beinhaltet unter anderem einen Online-Rechner, mit dem man herausfinden kann, welches BHKW für das eigene Haus in Frage kommt; „www.vz-nrw.de/blockheizkraftwerke“, Infos zum Thema von der Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen „www.bkwk.de“, Internetseiten des Bundesverbandes Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (BKWK)