Blockheizkraftwerke

Ein Blockheizkraftwerk erzeugt Strom und Wärme gleichzeitig. Der Vorteil entsteht nicht aus dem einzelnen Produkt, sondern aus der Kopplung: Weil die Abwärme des Motors genutzt wird statt verloren zu gehen, liegt der Gesamtnutzungsgrad deutlich über dem einer getrennten Erzeugung. Wirtschaftlich wird daraus jedoch nur dann ein Vorteil, wenn beide Produkte zeitgleich gebraucht werden – deshalb ist die Auslegung eines BHKW im Kern eine Frage der Betriebsstunden.

Aufbau und Technik

Ein BHKW-Modul besteht aus einem Verbrennungsmotor als Antrieb, einem Generator zur Stromerzeugung und Wärmetauschern, die die Wärme aus Kühlwasser, Ölkreis und Abgas auskoppeln. Hinzu kommen je nach Ausführung Katalysator, Gasregelstrecke, Abgaswärmetauscher und Schallschutzhaube. Die verfügbaren Größen reichen von wenigen Kilowatt elektrischer Leistung für Ein- und Mehrfamilienhäuser bis in den Megawattbereich für Industrie und Fernwärme; als Brennstoffe kommen Erdgas, Biogas, Heizöl, Pflanzenöl und Pellets in Frage.

Charakteristisch für ein Modul sind die thermische und die elektrische Nennleistung, deren Verhältnis als Stromkennzahl bezeichnet wird, die zugehörigen Wirkungsgrade und die untere Modulationsgrenze. Unterhalb dieser Grenze regelt ein Modul nicht weiter herunter, sondern schaltet ab – ein wesentlicher Grund für Taktbetrieb bei zu großer Auslegung. Für die Wärmeauskopplung ist die Rücklauftemperatur entscheidend: Sie sollte deutlich unter der Vorlauftemperatur des Motors liegen, damit die Wärme vollständig übertragen werden kann.

Auslegung

Ein BHKW wird bewusst kleiner als die Gebäudeheizlast dimensioniert – häufig auf zehn bis dreißig Prozent der Heizlast, womit es je nach Lastprofil rund die Hälfte bis zwei Drittel der Jahreswärmearbeit erbringt. Zielgröße sind 5.000 bis 7.000 Vollbenutzungsstunden im Jahr; unterhalb von etwa 4.000 Stunden wird der Betrieb in der Regel unwirtschaftlich. Den verbleibenden Bedarf und die Lastspitzen übernimmt ein Spitzenlastkessel, der zugleich die Redundanz sicherstellt. Ein Pufferspeicher – als Faustwert 60 bis 100 Liter je Kilowatt thermischer BHKW-Leistung – verlängert die Laufzeiten, verhindert Takten und erlaubt eine zeitliche Entkopplung von Strom- und Wärmebedarf.

Betriebsweisen

Im wärmegeführten Betrieb folgt das Modul dem Wärmebedarf; überschüssiger Strom wird eingespeist. Das ist der Regelfall und liefert die höchsten Laufzeiten, sofern der Wärmebedarf gleichmäßig anfällt. Im stromgeführten Betrieb folgt das Modul dem Strombedarf; die anfallende Wärme geht in den Puffer, was bei hohem Eigenstrombedarf und guter Speicherkapazität wirtschaftlich vorteilhaft sein kann. Der Betrieb ohne Netzeinspeisung begrenzt die Erzeugung so, dass kein Strom abgegeben wird – sinnvoll dort, wo Einspeisung vertraglich oder technisch unerwünscht ist.

Abbildung in EPOS-Plan

BHKW-Module werden aus einem Katalog gewählt, gefiltert nach Brennstoff und thermischer Leistungsklasse. Hinterlegt sind thermische und elektrische Leistung, Gesamtwirkungsgrad und Modulationsgrenze; ergänzend legen Sie das Volumen des Pendelspeichers und die Betriebsart fest. Die Jahressimulation bilanziert stündlich, welchen Anteil des Wärme- beziehungsweise Strombedarfs das Modul deckt, wie sich der Speicher füllt und wann abgeschaltet wird. Ergebnisgrößen sind Betriebsstunden je Modul und im Mittel, Wärme- und Stromproduktion, gegebenenfalls Wärmeüberschuss, der Brennstoffverbrauch nach Energieträger sowie die Emissionen an CO₂, SO₂, NO_x, CO und Staub.

Die hydraulische Einbindung entscheidet mit über das Ergebnis; die gebräuchlichen Varianten mit Puffer, hydraulischer Weiche, Reihen- und Parallelschaltung sind mit Prinzipschemata unter Hydraulikschemata beschrieben. Ein ausgearbeiteter Anwendungsfall findet sich unter Beispiele.