Es ist umweltfreundlich, reduziert die laufenden Energiekosten und schont die Ressourcen: das Blockheizkraftwerk. So ist es nicht verwunderlich, dass die Zahl der BHKW auf dem Energiemarkt stetig zunimmt. Aber: Ein BHKW sollte nicht zu schnell und ohne die entsprechende Planung gebaut werden. Gerade die scheinbare Komplexität der BHKW-Technik kann oft verwirren, und die Gesetze, die die Förderung des Blockheizkraftwerks bestimmen, wirken nicht selten abschreckend. Ein Problem muss das nicht sein – sofern man einen kompetenten Partner für Auslegung, Planung und den Bau eines Blockheizkraftwerks an seiner Seite hat.
Warum die richtige Planung und Auslegung Ihres Blockheizkraftwerks für dessen Effizienz und seinen ökonomischen sowie ökologischen Nutzen entscheidend sind, erfahren Sie in diesem Beitrag.
So funktioniert ein Blockheizkraftwerk
Ein Blockheizkraftwerk nutzt meist gasförmige Brennstoffe, wie zum Beispiel Erdgas, Biogas oder Klärgas, die einen Hubkolbenmotor antreiben. Dabei werden die Kolben durch Verbrennung eines Treibgases in Bewegung gesetzt. Die Kurbelwelle wandelt die translatorische Bewegung in eine Drehbewegung um, die wiederum im Generator in elektrische Energie transformiert wird. Während der gesamten Umwandlung von chemischer über mechanische hin zur elektrischen Energie wird gleichzeitig Wärmeenergie freigesetzt. Diese wird über Kühlungen des Gemisches, des Motors und des Schmieröls abgeleitet.
Ein Großteil der Wärmeenergie steckt zudem im heißen Abgas des Motors. Bei einem Brennstoffnutzungsgrad von 90 % entfallen dabei circa 40 % auf elektrische und 50 % auf thermische Energie. Für Industriebetriebe oder Stadtwerke bildet ein Blockheizkraftwerk damit eine attraktive Alternative zur konventionellen Energieerzeugung.
Darum sollten Sie auch KWK kennen
Da ein Blockheizkraftwerk gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt, spricht man vom Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Während größere Kraftwerke, die nach dem KWK-Prinzip arbeiten, viel Energie bei der Übertragung über Fernwärmeleitungen und Hochspannungsleitungen verlieren, sind dezentrale BHKW im Vorteil. Da viele kleinere Anlagen dezentral im Versorgungsgebiet verteilt sind, wird die Energie dort erzeugt, wo sie benötigt wird. Ebenfalls können BHKW-Anlagen flexibel auf Schwankungen im Stromnetz reagieren. Sie sind also nicht nur effizient, sondern auch netz- und systemdienlich.
Vorteile und Nachteile – das sollten Sie zum Thema Blockheizkraftwerk wissen
Neben ihrer Umweltfreundlichkeit und einem minimierten CO2-Ausstoß ist auch der reduzierte Einsatz von Primärenergie ein großer Vorteil der KWK. Sie schont Ressourcen und reduziert laufende Energiekosten. Zudem bringt KWK in Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk einige wirtschaftliche Vorteile mit sich. Denn durch die Förderungen und die Einsparungen ist ein Blockheizkraftwerk eine vernünftige Investition mit einer angemessenen Amortisationszeit. Gerade für die Industrie ist das interessant, denn ein BHKW kann eine echte „Gelddruckmaschine“ sein – vorausgesetzt, es ist richtig ausgelegt und geplant.
Neben allen Vorteilen bringt ein Blockheizkraftwerk jedoch auch Nachteile mit sich. Zum einen ist hier der Anschaffungspreis zu nennen, der deutlich höher liegt als bei anderen Heizsystemen. Im Vergleich zu einem Heizkessel ist ein BHKW zudem wartungsaufwendiger, da die Technik komplexer ist.
Diese Betriebsarten für BHKW gibt es
Allgemein unterscheidet man zwischen wärmegeführtem und stromgeführtem Betrieb eines Blockheizkraftwerks:
1. Wärmegeführtes Blockheizkraftwerk: Wie die Bezeichnung schon verrät, wird das BHKW als Wärmeerzeuger betrieben. Die Anwendung erfolgt hierbei je nach Leistungsklasse von der Versorgung einzelner Gebäude bis hin zu Nah- und Fernwärmenetzen sowie der Versorgung ganzer Industrien. Neben der Wärmeerzeugung wird der erzeugte Strom meist in das Netz der öffentlichen Versorgung eingespeist. Im wärmegeführten Betrieb ist es so ausgelegt, dass es eine bestimmte Wärmelast abdeckt. Dabei sind konservative Konzepte lediglich auf die Grundlast ausgelegt. Darüber hinaus gibt es Konzepte mit Pufferspeicher und modularen Anlagen, die bspw. die Erzeugung und den Verbrauch zeitlich entkoppeln und somit die Laufzeiten einer Anlage erhöhen können.
2. Stromgeführtes Blockheizkraftwerk: Auf der Stromseite bildet der sogenannte „stromgeführte Betrieb“ das Pendant zum wärmegeführten Betrieb. Das ist vor allem für Industriebetriebe interessant, die hier ein vom Netz der öffentlichen Versorgung losgelöstes, autarkes Stromnetz betreiben. Dabei werden unter bestimmten Rahmenbedingungen einige Kosten, wie beispielsweise Netznutzungsentgelte und Stromsteuer, gespart, die bei Strombezug im Preis enthalten sind. Aber auch die Einspeisung in das Netz der öffentlichen Versorgung kann durch den KWK-Zuschlag interessant sein. Daneben kann eine am Strommarkt orientierte Fahrweise über die Direktvermarktung zusätzliche Erlöse bringen.
Welches Blockheizkraftwerk passt zu mir?
Wer sich für ein Blockheizkraftwerk entscheidet, sollte vor allem eines wissen: Nicht jedes BHKW eignet sich für jeden Zweck. Das heißt, es gibt keine allgemeine Faustformel, die den Bau und den Einsatz eines BHKW ganz einfach festlegt. Jedes Projekt benötigt eine spezifische Betrachtung. Grundsätzlich kann aber nahezu jedes Nah- bzw. Fernwärmenetz ein BHKW vertragen. Gerade Industriezweige, die einen über das Jahr hinweg hohen Wärmebedarf aufweisen, sollten sich Gedanken über den Einsatz eines BHKW machen.
Um zu prüfen, ob und welches Blockheizkraftwerk sich eignet, hilft die Richtlinie VDI 3985. Sie enthält Grundsätze für die Planung, die Konzeptvorstellung, die Variantenrechnung sowie die Wahl der Konzeptvariante. Nachfolgend werden die Grundsätze der Planung in der Richtlinie kurz erläutert:
Grundsätze bei Planung und Auslegung:
- Voruntersuchung: Ist ein gleichzeitiger Strom- und Wärmebedarf vorhanden?
- Lokalisierung sämtlicher vorhandener potenzieller Verbraucher
- Analyse der bestehenden Energieversorgungsstruktur
- Energierechtliche, genehmigungsrechtliche und energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen beachten (z. B. KWKG, EEG, Genehmigungen u. a. nach BImSchG, Netzanschlussbedingungen)
- Bestandsaufnahme und Energiebedarfsanalyse, z. B. aus Liefer- und Bezugsverträgen oder durch eine messtechnische Erfassung
Aus diesen Punkten ergeben sich dann u. a. die Ganglinien für Wärme und Strom. Die Ermittlung von Art und Menge der bereitzustellenden Energien (z. B. Strom, Wärme, Kälte) gibt Aufschluss über den möglichen (technischen) Einsatz eines BHKW.
Konzepterstellung:
Aus den vorangegangenen Grundsätzen ergibt sich eine BHKW-Modulvorauswahl nach Art, Größe und Anzahl. Zudem sollten die angestrebte Betriebsweise sowie die Energiebilanzen des BHKW für die nachfolgende Berechnung festgelegt werden.
Variantenrechnung:
Grundlage hierbei sind zum einen die genaue Erfassung der Kosten und Erlöse (Investition, Betriebskosten, Erlöse), zum anderen vermiedene Kosten, z. B. beim Strombezug. Als Methoden der Wirtschaftlichkeitsberechnung dienen Annuitätsmethode, Kapitalwertmethode oder interne Zinsfußmethode. Die VDI 2067 kann in Bezug auf die Annuitätsmethode als Hilfestellung dienen. Die Wirtschaftlichkeit stellt dabei ein wesentliches Auswahlkriterium dar. Daneben sollten aber auch die Versorgungssicherheit und die Emissionen als Auswahlkriterien in Erwägung gezogen werden.
Nach Betrachtung der Planungsgrundsätze, der Konzepterstellung und der Variantenrechnung können die Konzepte erstmalig bewertet werden. Hieraus ergibt sich die Auswahl eines Konzepts, das anschließend technisch – im Hinblick auf die hydraulische und elektrische Einbindung – tiefergehend betrachtet werden kann.
Bei der Auslegung falsch berechnet – das sind die Folgen
Neben den offensichtlichen Randbedingungen ist auch die Aufstellfläche zu berücksichtigen. Ein Blockheizkraftwerk umfasst eine Vielzahl an Peripheriekomponenten, die spezifisch an die Anlage angepasst werden müssen. Mit anderen Worten: Ein BHKW braucht Platz. So ist beispielsweise darauf zu achten, dass Lüftungsanlage und Lüftungsführung optimal angelegt sind. Ebenfalls ist bei der Abgasanlage mit allen Peripheriekomponenten hinsichtlich des Abgasgegendrucks und der Schallemissionen auf die Einhaltung der Werte zu achten. Eine „falsche“ Auslegung nach der Leistung, also wenn das BHKW zu klein oder zu groß ist, kann zur Unter- bzw. Überproduktion der Energiemengen führen. Das schmälert die Wirtschaftlichkeit der Anlage erheblich.
Zudem kann eine „falsche“ Auslegung der Peripherie, das heißt eine falsche technische Auslegung, dazu führen, dass sich das Blockheizkraftwerk nicht reibungslos betreiben lässt. Die Anlage nachträglich in einen konformen Betrieb zu bringen, ist kosten- und zeitaufwendig. Zudem entstehen hierdurch längere Ausfallzeiten, was wiederum die Wirtschaftlichkeit der Anlage schmälert. Der Bau eines BHKW sollte also immer detailliert geplant und auf die individuellen Anforderungen des Betreibers zugeschnitten sein.
Sie haben noch Fragen zum Blockheizkraftwerk? Planen Sie mit uns Ihre BHKW-Anlage und lassen Sie sich fachmännisch zum Thema Bau eines BHKW beraten.
