Der Begriff Blockheizkraftwerk (BHKW) fasst Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) mit Verbrennungsmotoren, kleineren Gasturbinen und Brennstoffzellen zusammen, deren Leistungsbereich von ein paar Kilowatt bis zu einigen Megawatt elektrisch reicht. Eine weitere Abgrenzung gibt es im Leistungsbereich bis ca. 50 kW elektrisch. Hier spricht man von Mini- oder Mikro-BHKW, die typischerweise einzelne Objekte versorgen. Die Bezeichnung BHKW umfasst u. a. Technologien wie Otto- und Dieselmotor sowie Stirlingmotor und Brennstoffzelle.
Jede dieser Technologien hat unterschiedliche Funktionen und Eigenschaften.
Welche das konkret sind und welche Rolle der Gasmotor im BHKW spielt, lesen Sie in diesem Beitrag.
1. Der Ottomotor
Das Verbrennungsverfahren des Ottomotors beruht auf dem Ottokreisprozess und bewährt sich seit über einem Jahrhundert – vor allem in der Automobilbranche. Im Vergleich zu Ottomotoren im Pkw nutzt ein BHKW in der Regel gasförmige Brennstoffe anstelle von flüssigem Benzin oder anderen flüssigen Kraftstoffen. Gasförmige Brennstoffe sind u. a. Bio-, Erd-, Deponie-, Gruben- oder Holzgas. Auch Wasserstoff kann in einem Ottomotor als Brennstoff zum Einsatz kommen. Im Motor wird der Brennstoff mit Luft vermischt, verdichtet und mittels einer Zündkerze zur Verbrennung gebracht. Das expandierende Gas treibt den Kolben und letztendlich den Generator an. Die bei der Verbrennung frei werdende Wärme sowie die Wärme im Abgas werden über Wärmetauscher ausgekoppelt und nutzbar gemacht. Dabei werden elektrische Wirkungsgrade von über 40 % und Gesamtwirkungsgrade von über 90 % erreicht. Neben der hohen Effizienz kann der Ottomotor auch mit seiner guten Regelbarkeit und den niedrigen Emissionen punkten.
2. Der Dieselmotor
Wie der Ottomotor ist auch der Dieselmotor seit langer Zeit im Einsatz bei verschiedensten Antrieben. Anwendung findet er vor allem in der Automobil- und der Schifffahrtsbranche sowie bei Nutzfahrzeugen und Notstromaggregaten.
Die Funktionsweise ähnelt der des Ottomotors. Jedoch ist der Dieselmotor ein sogenannter „Selbstzünder“. Das bedeutet, dass die Zündung des Gemisches nicht durch eine externe Quelle erfolgt, sondern durch die hohe Temperatur der stark verdichteten Luft. Die Wirkungsgrade sind ebenfalls vergleichbar mit denen des Ottomotors. Aufgrund der zum Einsatz kommenden Brennstoffe – in der Regel Diesel, Schweröl o. Ä. – ist der Einsatz von Dieselmotoren in stationären Anwendungen zur Energieerzeugung rückläufig.
3. Der Stirlingmotor
Der Stirlingmotor wird durch von außen zugeführte Energie betrieben. Diese Eigenschaft ist äußerst wichtig, denn dadurch ist der Stirlingmotor variabel in seinem Brennstoff. Zudem arbeitet der Motor wartungs-, vibrations- und geräuscharm.
Im Vergleich zum Ottomotor besitzt der Stirlingmotor Nachteile, vor allem hinsichtlich seiner schlechteren Effizienz, seiner schlechteren Regelbarkeit sowie seiner geringeren Marktdurchdringung (geringere Praxiserprobung).
4. Die Brennstoffzelle
Wie die anderen BHKW-Technologien wandelt auch die Brennstoffzelle chemische Energie in Wärme und Strom um. Anders als diese spart sie sich jedoch den Zwischenschritt über eine thermische und mechanische Energieform (Verbrennung, Kolben, Kurbelwelle). Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, welche durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Neben Wasserstoff können auch Brennstoffe wie Methanol, Butan oder Methan (Erdgas) zum Einsatz kommen.
Durch eine Reaktion des Brennstoffes mit Sauerstoff wird Energie in Form von Strom und Wärme frei, welche genutzt werden kann.
Zu den Vorteilen einer Brennstoffzelle zählen hohe elektrische Wirkungsgrade sowie ein geräuscharmer Betrieb.
Der Nachteil besteht in den hohen Kosten. Die spezifischen Kosten liegen oftmals noch über dem Zehnfachen einer konventionellen Technik.
Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass der Gas-Ottomotor – kurz Gasmotor – für die stationäre Energieerzeugung den Stand der Technik darstellt, sowohl hinsichtlich der technischen wie auch der wirtschaftlichen Eigenschaften.
Eine Zukunft ohne gasmotorbetriebene BHKW?
Spätestens mit dem Atomausstieg und dem beschlossenen Kohleausstieg sind Themen wie Nachhaltigkeit, Umweltfreundlichkeit und Klimaschutz auch in der Energiebranche angekommen. Damit ist klar: Wenn eine konventionelle Energieerzeugung notwendig ist, dann sollte diese möglichst effizient in Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten und auch nachrüstbar oder umstellbar auf erneuerbare Brennstoffe sein.
Gasmotorbetriebene BHKW-Anlagen können das schon heute. Die bewährte Technik trägt neben der Dekarbonisierung und der Dezentralisierung auch zur Sektorenkopplung bei. Aufgrund ihrer guten Regelbarkeit gleichen sie die schwankende Einspeisung aus Wind und Sonne aus und tragen damit auch zur Versorgungssicherheit bei.
Fazit: Darum sollte man auf einen Gasmotor setzen
Keine Frage – wer einen Gasmotor für sein BHKW wählt, kann auf etlichen Ebenen punkten. Neben seinem klima- und ressourcenschonenden Betrieb ist ein Gasmotor ein wichtiger Garant für die Wirtschaftlichkeit der BHKW-Anlage. Schließlich funktioniert er – bei entsprechender Wartung – zuverlässig und ohne Störungen. Für den Anlagenbetreiber heißt das: einmal investiert, mehrfach profitiert. Und das gleich für viele Jahre am Stück, denn dank der Brennstoffflexibilität ist in den kommenden Jahren auch eine Umstellung auf Wasserstoff möglich.
