Kraft-Wärme-Kopplung

Als Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet man das Verfahren, bei dem die Stromerzeugung am Ort des Wärme-bedarfs geschieht und damit die gesamte mit dem Brennstoff zugeführte Energie nahezu verlustfrei genutzt wird. Während in der klassischen Energie-versorgung Strom zentral erzeugt und der Wärmeanteil meist verworfen wird, wird die KWK-Anlage nahe des Wärmeverbrauches errichtet. Der Strom kann dann als zusätzlicher Gewinn selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. So erreichen KWK-Anlagen sehr hohe Gesamtwirkungsgrade, reduzieren die spezifischen CO₂-Emissionen und entlasten die elektrischen Netze durch lokale Stromproduktion. Die hoch-effiziente Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) leistet damit einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen einer emissionsarmen Energieversorgung und wird unter anderem durch das KWK-Gesetz gefördert.

Blockheizkraftwerk Funktion

In einem Blockheizkraftwerk oder BHKW werden Strom und Wärme also „en bloc“ erzeugt. Diese Bezeichnung ist technologieoffen und wird durch verschiedene Verfahren umgesetzt. Zum Antrieb eines Stromgenerators werden in Motor-BHKWs gasförmige oder flüssige Brennstoffe eingesetzt, während Gasturbinen-BHKWs auf gasförmige Treibstoffe festgelegt sind. In Brennstoffzellen-BHKWs werden Strom und Wärme in einem elektrochemischen Verfahren erzeugt. Allen BHKW-Verfahren ist gemein, dass hohe Gesamtwirkungsgrade von bis zu 95 % erreicht werden.

Betrachtet man das BHKW als zusätzliche Systemkomponente am Ort der vorhandenen Wärmeerzeugung, so entspricht die zusätzliche für die Stromerzeugung verbrauchte Energie-

einheit nahezu der erzeugten Strommenge selbst. Das heißt, dass der Strom miteinem Wirkungsgrad von nahezu 100 % erzeugt wird. Dieses ist mit keinem anderen, in der Technik bekannten Verfahren möglich.

Auf dieser Seite werden die Motor-BHKWs näher betrachtet. Deren elektrische Wirkungsgrade reichen von etwa 30 % bei kleineren Motoren bis über 40 % bei Großmotoren. Die thermischen Wirkungsgrade variieren zwischen ca. 60 % bei kleinen und ca. 45 % bei großen Motoren.

Für verschiedene Anwendungen werden heute auf dem Markt BHKW-Anlagen in einem weiten Bereich von ca. 1 kW bis hin zu 14 MW Antriebsleistung angeboten.

Blockheizkraftwerk Treibstoff

Motor-Blockheizkraftwerke können technisch an die meisten verfügbaren Flüssig- und Gaskraftstoffe angepasst werden. So werden neben handels-üblichen Treibstoffen wie Erdgas, Biomethan, Biogas, Propan, (Bio-)Diesel, (Pflanzen-)Öl auch Sondergase wie Gruben-, Deponie- oder Klärgas zur effizienten Energieumwandlung genutzt. Durch den Einsatz von Erdgas bzw. Biomethan im BHKW wird eine besonders große Emissionsentlastung gegenüber der konventionellen Energieversorgung erzielt – fast 60 %. Zudem verbrennen Erdgas und Biomethan staubfrei und praktisch ohne Bildung von Schwefel-dioxid. Auch das Abgasniveau von NO_x kann besonders effektiv reduziert werden.

Blockheizkraftwerk Kosten

Grundlage für den wirtschaftlichen Betrieb von Blockheizkraftwerken sind ausbalancierte Kosten und Gewinne. Den Investitionen des eigentlichen BHKWs, seiner zugehörigen Installationen und des Kraftstoffs stehen die Einnahmen aus Wärme- und Stromverkauf gegenüber.

Die spezifischen Kosten für die eigentliche BHKW-Anlage verlaufen von rund 6.000 €/installierter kW_el bei kleinen Aggregaten (2 kW_el) bis zu 450 €/kW elektrischer Leistung bei großen Anlagen. Für den Einbau sollten rund 60 % des Anlagenpreises zusätzlich kalkuliert werden. Die Wartungs- und Instandhaltungskosten liegen bei rund 4 ct/kWh_el für kleine und 0,5 ct/kWh_el für große BHKW-Anlagen.

Daher sind die einzurechnenden Strom- und Wärmegutschriften für die Wirtschaftlichkeit eines BHKWs bedeutende Faktoren. Dient der Strom im Wesentlichen der Eigenstromversorgung, können die Kosten des Strombezuges entsprechend zugrunde gelegt werden.

Stromvergütung und Steuererstattung

Der in einem Blockheizkraftwerk produzierte Strom kann ins öffentliche Netz eingespeist oder selbst verbraucht werden. Im KWK-Gesetz wurden gesetzliche Regelungen geschaffen, die z. B. nach Art der Stromeinspeisung und nach der Größenordnung des BHKWs

spezielle Vergütungssätze für den Strom festlegen. Des Weiteren können ein Teil der vermiedenen Netznutzungsgebühren abgerechnet und ein Teil der Energie- und Stromsteuer zurückerstattet werden. Grundsätzlich wird der ins Netz eingespeiste Strom mit dem jeweils aktuellen Börsenstrompreis, den vermiedenen Netznutzungsentgelten und einem KWK-Zuschlag vergütet. Bei KWK-Anlagen kleiner 100 kW_el wird ebenfalls der selbst verbrauchte Strom vergütet.

Die Anwendung der Gesetze unterscheidet sich je nach Anlagentyp und -größe und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken stark. Eine verständliche Übersicht der bei der Planung eines BHKWs relevanten Rahmenbedingungen ist in unserem 2018 aktualisierten Mini-BHKW-Leitfaden zu finden.

Anwendungen von Blockheizkraftwerken

Blockheizkraftwerke können überall dort eingesetzt werden, wo eine relativ hohe thermische Grundlast vorhanden ist. Zu solchen Betrieben zählen unter anderem Wohngebäude, Schulen, Krankenhäuser und Bürogebäude aber auch Schwimmbäder, Gewerbebetriebe und die produzierende Industrie. Die Auslegung des BHKWs auf eine möglichst lange Laufzeit bei Volllast erlaubt dabei die spezifische Anpassung an jeden Sonderfall und führt zu einer effizienten Reduktion von Primärenergieverbrauch und CO₂-Emissionen.