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Funktion eines Blockheizkraftwerks (BHKW)

Eleni Tsoukanta
03.06.2020 08:45:00

Das Blockheizkraftwerk: Funktion und Nutzen für dich

Beim Begriff Blockheizkraftwerk denken viele zunächst an eine riesige Apparatur, die zischt und qualmt. In Wirklichkeit kann aber ein Blockheizkraftwerk, je nach Nutzung und Bedarf, auch nicht größer als eine normale Heizungsanlage sein – nur eben mit wesentlich höherer Effizienz. Das heißt: Ein Blockheizkraftwerk, abgekürzt BHKW, liefert dir Strom und Wärme für dein Haus. Du kannst mit so einer Anlage alle elektrischen Geräte wie Licht, Waschmaschine oder Computer betreiben und gleichzeitig Wärme für die Heizung und das Wasser erzeugen. Wie die Funktion eines Blockheizkraftwerks genau aussieht und welchen Nutzen es für dich hat, kannst du im folgenden Artikel nachlesen.

 

Was ist ein Blockheizkraftwerk?

Tatsächlich gibt es BHKWs mit bis zu 10 Megawatt Leistung, die große Industrieanlagen oder sogar ganze Stadtteile mit Energie versorgen können. Für dich aber dürften wohl eher die kleineren Anlagen mit einer Leistung zwischen 3 und 50 Kilowatt infrage kommen.

Grundsätzlich handelt es sich bei einem BHKW um eine sehr effiziente Technologie, die dezentral Strom und Wärme erzeugt. Es geht darum, die benötigte Energie direkt vor Ort zu generieren und sich somit von einem zentralen Versorger (Energieanbieter) unabhängig zu machen.

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Das BHKW funktioniert so effektiv, weil es die produzierte Abwärme nicht einfach verpuffen lässt, sondern zur erneuten Wärmeerzeugung nutzt. Es arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Das heißt, dass mithilfe einer Verbrennung von Erdöl, Pflanzenöl, Erdgas, Biogas oder Festbrennstoffen, wie Pellets, Wärme erzeugt und diese dann direkt als Strom oder Heizenergie zur Verfügung gestellt wird.

Schon gewusst? Derzeit wird daran gearbeitet, die Blockheizkraftwerk-Funktion auch mit Brennstoffzellen zu betreiben. Damit wäre es dann möglich, aus der KWK eine direkte Strom-Wärme-Kopplung zu machen.

 

Wo kommt ein BHKW hauptsächlich zum Einsatz?

Dank der äußerst variablen Größen, Brennstoffe und Leistungsmöglichkeiten sind Blockheizkraftwerke in den unterschiedlichsten Bereichen einsetzbar. Sie reichen vom Einfamilienhaus über Hotels, Krankenhäuser und Schwimmbäder bis hin zur Energieversorgung von Fabrikanlagen in der Großindustrie.

Für den privaten Bereich kommen in der Regel kleinere Blockheizkraftwerke zum Einsatz. Zum Beispiel als:

  • stromerzeugende Heizung im Einfamilienhaus, wo es in der Hauptsache wärmegeführt arbeitet. Das heißt, dass das BHKW nur dann warmes Wasser produziert, wenn es aktuell für die Heizung oder für Brauchwasser benötigt wird. Gleichzeitig produziert die Anlage dabei Strom – und zwar oft mehr, als im Haushalt verbraucht wird. Die überschüssige Energie kannst du dann ins Netz des Stromanbieters einspeisen und dafür sogar eine Vergütung bekommen.
  • Mini- oder Mikro-BHKW für mittlere Einsatzbereiche, wie beispielsweise Mehrfamilienhäuser, Reihenhäuser oder auch kleine Gewerbebetriebe. Diese Blockheizkraftwerke rentieren sich nur, wenn jährlich ein gleichmäßiger Bedarf an Wärme besteht. Gibt es Ausfallzeiten, wie etwa nachts oder am Wochenende, deckt das BHKW lediglich die Grundlast.

 

Die Funktion eines Blockheizkraftwerks im Detail

blockheizkraftwerk-funktion-guide-e-book-net4energyDas Herzstück des BHKW ist sein Verbrennungsmotor. Er ist wichtig für die Funktion des Blockheizkraftwerks, weil er einen Generator antreibt, der wiederum Strom erzeugt. Gleichzeitig wird durch die Verbrennung im Motor Wärme generiert. Diese wird zurückgewonnen und zum Betrieb der Heizung sowie zur Erzeugung von Warmwasser verwendet.

Schon gewusst? Ein üblicher Stromerzeuger nutzt etwa 40 Prozent der Wärme zum Erzeugen von elektrischer Energie. Dagegen kommt ein BHKW auf einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Ungefähr ein Drittel der produzierten Wärme kann direkt in Strom umgewandelt werden. Praktisch bedeutet das, dass die thermische Leistung von 3 Kilowatt folglich 1 Kilowatt elektrische Leistung generiert.

Die Blockheizkraftwerk-Funktion erfolgt in 5 Schritten:

  1. Wie bei einem Automotor wird in einer Brennkammer, die von außen mit Wasser gekühlt wird, ein Gemisch aus Luft und Brennstoff durch einen Kolben komprimiert.
  2. Es kommt zur Verbrennung, der Kolben fährt zurück und treibt über eine Pleuelstange eine Kurbelwelle an, die direkt mit dem Generator verbunden ist.
  3. Durch die Drehung der Pleuelstange und deren Bewegungsenergie erzeugt der Generator Strom (vergleichbar mit einem Dynamo am Fahrrad), der ins Hausnetz gelangt oder in einem geeigneten Stromspeicher zwischengelagert werden kann. Zu viel erzeugter Strom wird in das Netz des Stromversorgers eingespeist.
  4. Die in der Brennkammer erzeugte Wärme wird über einen spiralförmigen Wärmetauscher beziehungsweise einen Pufferspeicher geleitet. Von da aus heizt sie das Wasser im Warmwasserspeicher auf, das für die einzelnen Heizkörper im Haus oder auch für warmes Brauchwasser genutzt wird.
  5. Ein äußerst geringer Teil der Wärme (etwa 10 Prozent) wird zusammen mit den bei der Verbrennung entstehenden Abgasen in die Außenluft geleitet.

Der Unterschied zwischen einem strom- und einem wärmegeführten BHKW

Stromgeführte Blockheizkraftwerke werden hauptsächlich in der Industrie genutzt. Bei ihnen geht es schließlich darum, möglichst viel elektrische Energie zu erzeugen. Die Wärme, die gleichzeitig produziert wird, spielt bei solchen Anlagen eine eher untergeordnete Rolle. Oft werden stromgeführte Blockheizkraftwerke beispielsweise in Krankenhäusern als Notstromaggregat betrieben.

Für den privaten Bedarf, etwa zur Versorgung eines Einfamilienhauses, eignet sich ein wärmegeführtes BHKW wesentlich besser. Dessen Größe richtet sich dabei nach dem individuellen Bedarf an Wärme:

  • Ein BHKW mit Spitzenlast-Heizkessel deckt die sogenannte Grundlast, also den Wärmebedarf, der über das Jahr gesehen immer ungefähr gleich hoch ist. In der Praxis springt dieses Blockheizkraftwerk immer dann an, wenn ein höherer Bedarf an Wärme vorliegt, zum Beispiel im Winter. Während der Sommermonate sorgt die Anlage in der Regel nur dafür, dass stets warmes Wasser zur Verfügung steht. Hierbei ist meist ein zusätzlicher Heizkessel erforderlich.
  • Ein Nano-BHKW ersetzt die komplette Heizung, steht also ganzjährig für die Erzeugung von Strom und Wasser zur Verfügung. Damit das noch rentabel ist, muss das Gebäude einen kontinuierlichen Wärmebedarf haben. Ein großer Pufferspeicher ist bei dieser Anlage unumgänglich.
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