Wind, Sonne, Wasserkraft oder doch lieber ein BHKW? Geht es um die Energiewende und um die Frage, wer nach dem Ende von Kohle- und Atomenergie die Versorgungssicherheit gewährleisten kann, so kommen verschiedenste Energiequellen infrage. Dabei gewinnt das BHKW dank seiner Funktionsweise zunehmend an Bedeutung. Schließlich kann es Strom und Wärme gleichzeitig produzieren.
Was es zur Funktionsweise eines BHKW zu wissen gibt und welche große Rolle das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung dabei spielt, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Das BHKW und seine Funktionsweise
Um ein BHKW und seine Funktionsweise zu verstehen, spielt ein weiteres System eine wichtige Rolle: das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK. Dahinter steckt die gleichzeitige Erzeugung von Strom (oder mechanischer Energie) und nutzbarer Wärme in einer Anlage. Als Verbrennungskraftmaschine ist ein BHKW eine Variante der KWK.
Kurz erklärt: Der Begriff der Kraft-Wärme-Kopplung
Erzeugen BHKW sowohl Wärme als auch Strom, ist vom Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung die Rede. Als sogenannte KWK-Anlagen lassen sie sich dezentral, flexibel und unabhängig betreiben. So lässt sich schnell auf Schwankungen im Stromnetz reagieren, was diese BHKW-Funktionsweise besonders beliebt macht. Denn diese Art der Energiebereitstellung ist effizient, netz- und systemdienlich zugleich. Zudem lassen sich dank KWK Brennstoffnutzungsgrade von bis zu 90 Prozent (ca. 40 Prozent elektrische und 50 Prozent thermische Energie) erreichen.
Dabei ist das Prinzip der KWK selbst brennstoffunabhängig. Das heißt: Die Techniken, welche gekoppelt Strom und Wärme erzeugen, können dies auch höchsteffizient unter Einsatz erneuerbarer Energieträger tun – etwa mit synthetischen Brennstoffen, Biomethan oder Wasserstoff.
Ein BHKW nutzt in den meisten Anwendungsfällen die Technik des Verbrennungsmotors. Sie ist seit über einem Jahrhundert vollumfänglich erprobt und wird zudem stetig weiterentwickelt. Ziel ist es, mit dieser speziellen BHKW-Funktionsweise die bestmögliche Effizienz bei der Energieerzeugung zu erreichen. Damit sind Blockheizkraftwerke ein wichtiges Instrument für die Energiewende.
Schnell ist auch die Funktionsweise eines BHKW an sich erläutert
Die meisten Blockheizkraftwerke verfügen über einen Motor, der sich mit unterschiedlichen Brennstoffen betreiben lässt. Je nach Einsatzgebiet eignen sich verschiedene Motorenarten für ein BHKW:
- Ottomotor
- Dieselmotor
- Stirlingmotor
Ähnlich ist es mit den Brennstoffen. Gerade im Zuge der Energiewende und der Ziele der Bundesregierung zur CO₂-Einsparung kommen dabei vermehrt gasförmige Brennstoffe aus erneuerbaren Energiequellen zum Einsatz. Das können zum Beispiel Deponie-, Bio- oder Klärgas sein. Aber auch fossile Brennstoffe wie Erdgas eignen sich für den Antrieb eines BHKW.
In Zukunft kann und wird das fossile Gas zunehmend durch erneuerbare Energieträger wie Wasserstoff, Biomethan und synthetische Gase ersetzt werden. Dies ist oft durch Anpassungen bestehender BHKW möglich.
Läuft der Motor, so wandelt ein Generator die dabei entstehende mechanische Energie in elektrische Energie um. Dabei fällt im Motor Wärme an (Kühlwasser, Schmieröl). Ein weiterer großer Teil der Wärmeenergie steckt zudem im heißen Abgas des Motors. Ein Abgaswärmetauscher entzieht den Abgasen diese Wärme und heizt dadurch Wasser auf. Auf diese Weise lässt sich die Wärme ins Heizsystem einspeisen und nutzbar machen.
Strom- oder wärmegeführt? Diese BHKW-Betriebsweisen gibt es
BHKW lassen sich sowohl stromgeführt als auch wärmegeführt einsetzen. Welche BHKW-Betriebsweise wann am besten ist, hängt dabei von unterschiedlichen Faktoren ab. Zunächst spielt die Größe eines BHKW eine entscheidende Rolle. Von Nano- und Mikro- bis hin zu Mini- und Groß-BHKW gibt es unterschiedlichste Anlagen. Ihre elektrischen Leistungen können dabei zwischen 1 kWel und mehreren MWel betragen.
Je nach Größe variieren auch die Einsatzgebiete eines Blockheizkraftwerks. Generell gilt: Je höher der Strom- und Wärmebedarf des Anwenders, desto lohnender der Einsatz eines BHKW bzw. einer KWK-Anlage.
Neben der Größe ist auch die Betriebsart entscheidend für ein BHKW und seine Funktionsweise. Hier gilt es, zwischen zwei Betriebsarten zu unterscheiden: dem wärmegeführten und dem stromgeführten Betrieb.
Der wärmegeführte Betrieb
Ein wärmegeführtes BHKW hat das Ziel, den geforderten Wärmebedarf abzudecken. Der produzierte Strom wird entweder ins Netz der allgemeinen Versorgung eingespeist oder selbst verbraucht. Durch Pufferspeicher können oft noch höhere Wärmebedarfe abgedeckt werden.
Diese Betriebsweise war bisher vor allem im Bereich der Nahwärmeversorgung weit verbreitet.
Der stromgeführte Betrieb
Der stromgeführte Betrieb bildet das Pendant zum wärmegeführten Betrieb. Sein Ziel ist es, dann Strom zu erzeugen, wenn der Bedarf es verlangt. Dabei kann der Strom selbst verbraucht, aber auch ins Stromnetz eingespeist werden.
Bisher waren wärmegeführte BHKW vor allem in der Wärmeversorgung Planungsgrundlage. In Zukunft werden BHKW jedoch zunehmend stromgeführt betrieben werden müssen. Mithilfe großer Pufferspeicher können BHKW stromgeführt betrieben werden, unabhängig vom Wärmebedarf. Ziel ist es, vor allem Netzschwankungen auszugleichen und die sogenannte Residuallast zu decken. Das kann ein BHKW flexibel und dezentral leisten.
Effizient und umweltfreundlich: die Vorteile eines BHKW
BHKW sind dank ihrer Funktionsweise umweltfreundlich und arbeiten durch die zunehmende Dekarbonisierung der Brennstoffe schon heute CO₂-arm bzw. CO₂-neutral. Sie ermöglichen auch einen reduzierten Einsatz von Primärenergie. Das schont Ressourcen und minimiert laufende Energiekosten. Darüber hinaus lässt sich die in einem BHKW produzierte Energie bei einem dezentralen Einsatz extrem verlustarm bereitstellen.
Ihre flexible, stromgeführte Fahrweise macht Blockheizkraftwerke zudem als Ergänzung zu der fluktuierenden Energiebereitstellung aus Wind- und Sonnenkraft interessant. Ihr hoher Brennstoffnutzungsgrad durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme kann die Energiewende dabei entscheidend vorantreiben.
Aber es gibt auch eine kleine Kehrseite. Denn BHKW sind sehr wartungsintensiv und haben einige Verschleißteile. Hinzu kommt der Anschaffungspreis, der deutlich höher liegt als bei anderen Heizsystemen. Den Vorteilen eines BHKW und seiner effizienten Funktionsweise gegenübergestellt, fallen diese Nachteile jedoch nicht zwingend ins Gewicht.
