Intelligent heizen mit der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung
Hier erfährst du, wie du die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung im kleinen Maßstab für deine intelligente und umweltfreundliche Heizung nutzen kannst.
Inhalt des Blogartikels
Was ist eine Kraft-Wärme-Kopplung?
Das Verfahren ist aus fossilen Großkraftwerken bekannt und dient dazu, deren Wirkungsgrad zu erhöhen. In solchen Kraftwerken erzeugt die Verbrennung fossiler Energieträger– wie Kohle, Erdgas oder Öl – Dampf, der zum Antrieb von Generatoren für die Stromerzeugung dient. Dieser Prozess hat einen geringen Wirkungsgrad von nur 30 bis 40 Prozent.
Nach dem Antrieb der Generatoren ist in den abgeleiteten Rauchgasen und im Dampf noch Energie in Form von Wärme vorhanden. Wird diese Wärme zum Beispiel über Fernleitungen zur Beheizung von Wohn- und Gewerbeobjekten verwendet, steigt der Wirkungsgrad auf etwa 70 Prozent. Dieser Vorgang wird als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet, da der Prozess sowohl Kraft (elektrischer Strom) als auch Wärme erzeugt und für die Nutzung bereitstellt.
Was eine Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung ausmacht
Die Kraft-Wärme-Kopplung kommt auch im kleineren Maßstab als bei Großkraftwerken zur Anwendung. In den letzten Jahrzehnten wurden kleinere und zum Teil auch mobile Strom- und Wärmeerzeuger entwickelt. Diese werden zur dezentralen Strom- und Wärmeversorgung in Industrie, Gewerbe, aber auch in Krankenhäusern, Bädern sowie wissenschaftlichen und militärischen Einrichtungen eingesetzt. Bei den Anlagen handelt es sich um Blockheizkraftwerke (BHWK). Diese Bezeichnung bezieht sich darauf, dass die Komponenten auf einer gemeinsamen Trägerkonstruktion sitzen und somit einen Block bilden. Blockheizkraftwerke nutzen ebenfalls das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Im kleinen Maßstab ist von einer Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (Mikro-KWK) die Rede.
Funktionsweise einer Mikro-KWK-Anlage
Die Hauptkomponenten einer KWK oder eines BHKW sind ein Motor und ein Generator. Der Motor treibt den Generator an, der zur Stromerzeugung dient. Die beim Betrieb des Motors erzeugte Wärme wird über Wärmetauscher abgenommen und für Heizzwecke genutzt. Abhängig von der erzeugten elektrischen Leistung gibt es mehrere Leistungsklassen für BHKW:
- Nano-BHKW bis 2,5 Kilowatt
- Mikro-BHKW bis 10 Kilowatt
- Mini-BHKW bis 50 Kilowatt
- BHKW-Anlagen mit 50 bis 250 Kilowatt
- große BHKW-Anlagen mit 250 bis 1.000 Kilowatt
Aufbau und Besonderheiten einer Mikro-KWK-Anlage
Bei Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungen werden häufig Verbrennungsmotoren verwendet, die mit Erd- oder Flüssiggas arbeiten. Auch Diesel- oder Pflanzenölmotoren sind üblich. Darüber hinaus kommen Stirling-Motoren und bei sehr kleinen BHKW auch Brennstoffzellen zum Einsatz. Die Gasmotoren sind ideal, wenn du ohnehin ein Gasanschluss am Haus besitzt oder von einer früheren Heizungsanlage bereits ein Flüssiggastank auf dem Grundstück steht.
Der Motor treibt einen Generator an, der den Strom für das Gebäude erzeugt. Gleichzeitig greift das System die im Motor generierte Wärme mit Wärmetauschern ab und speist sie in die Heizungsanlage ein. Wärmetauscher befinden sich zum Beispiel in den Kühl- und Schmiersystemen des Motors und in der Abgasleitung. Somit kannst du einen hohen Anteil der entstehenden Wärme nutzen. Als Gesamtwirkungsgrad werden circa 90 Prozent erreicht.
Vor- und Nachteile der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung
Blockheizkraftwerke beziehungsweise die Kraft-Wärme-Kopplung sind mit hohen Anschaffungskosten verbunden. Daher solltest du dich vorab zum BHKW beraten lassen, ob sich die Investition in die gleichzeitige Strom- und Wärmeerzeugung für dich rentiert.
Nachteile einer Mikro-KWK-Anlage
Der größte Nachteil der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung besteht darin, dass mit dem Verfahren hohe Kosten einhergehen:
- hoher Anschaffungspreis im Vergleich zu anderen Heizsystemen
- vergleichsweise hohe Wartungskosten
- hohe jährliche Anzahl von Betriebsstunden notwendig
- exakte Planung erforderlich
- Stromerzeugung nicht unabhängig von Wärmeerzeugung möglich
- Abhängigkeit von Preisentwicklung der Brennstoffe (je nach Typ)
Vorteile einer Mikro-KWK-Anlage
Trotz der Kosten hat die Mikro-KWK viele Vorteile, sodass sich eine Investition für dich dennoch lohnt. Durch den erhöhten Wirkungsgrad profitierst du von einer hohen Effizienz und kannst gleichzeitig Kosten sparen. Der Einsatz einer KWK kann außerdem zum Umweltschutz beitragen. Du profitierst unter anderem durch:
- eine Energiekosteneinsparung von bis zu 50 Prozent gegenüber einer klassischen Heizung,
- eine Ersparnis, da du weniger Strom aus dem Stromnetz benötigst,
- einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent,
- mehr Unabhängigkeit von öffentlichen Stromanbietern,
- Umweltfreundlichkeit und mehr Nachhaltigkeit durch einen geringeren CO2-Ausstoß und
- eine Einspeisevergütung von überschüssigem Strom in das öffentliche Netz.
Für wen lohnt sich die Mikro-KWK-Anlage?
Mikro-KWK-Anlagen benötigen für einen effizienten Betrieb einen möglichst gleichmäßigen Wärmebedarf über das gesamte Jahr. Das ist in Einfamilienhäusern und größeren Gebäuden eher selten der Fall. Der größte Wärmebedarf besteht während der Heizungsperiode. Außerhalb dieser Zeit benötigst du üblicherweise nur für die Warmwasserbereitung Wärme.
Es ist deshalb sinnvoll, dass du bereits bei der Planung sehr genau prüfst, ob die während der Heizperiode erzielbaren Betriebsstunden für einen effizienten Betrieb der Anlage ausreichen. Außerdem solltest du klären, wie außerhalb der Heizperiode die Warmwassererzeugung erfolgen kann und ob in dieser Zeit der benötigte Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen wird. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen entscheiden darüber, ob du in deinem Gebäude eine Mikro-KWK so betreiben kannst, dass sich die Investition während der Lebensdauer der Anlage amortisiert.
Nutzung im Einfamilienhaus, Zweifamilienhaus oder in der Wohnung?
Ausgehend vom Energie- und Wärmebedarf und den erzielbaren Leistungen, eignet sich die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus und in Zweifamilienhäusern. Bei Einfamilienhäusern mit sehr geringem Wärmebedarf kannst du auch die noch kleineren Nano-BHKW einsetzen, die oft mit einer Brennstoffzelle als Strom- und Wärmelieferant arbeiten. Durch die Brennstoffzelle können die Nano-BHKW auch ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe Energie erzeugen.
Als Mieter in einem Mehrfamilienhaus hast du allerdings kaum eine Möglichkeit, eine Mikro-KWK einzusetzen. Es wäre ein zu großer Aufwand, das Strom- und Heizungsnetz der Wohnung von der sonstigen Strom- und Wärmeversorgung des Hauses abzukoppeln. Du könntest allerdings versuchen, andere Mieter, die Hausverwaltung und den Vermieter davon zu überzeugen, dass sich der Einsatz einer KWK-Anlage für das gesamte Gebäude lohnt.
Warum die Mikro-KWK zum Umweltschutz beitragen kann
Die Kraft-Wärme-Kopplung hat allgemein große Vorteile in Bezug auf Umweltschutz und Ressourcenschonung. Das trifft auch für die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung zu. Bei der KWK werden mit der gleichen Menge Primärenergie gleich 2 Nutzenergieformen erzeugt, die normal für die Erzeugung einer Nutzenergieform (Strom oder Wärme) notwendig wären.
Mit der Mikro-KWK verbrauchst du also weniger Brennstoffe, was die knappen Ressourcen schont und für mehr Nachhaltigkeit sorgt. Mit einer reduzierten Förderung von Brennstoffen wie Gas oder Erdöl, entstehen weniger Umweltschäden. Hinzu kommt, dass eine geringere Menge an Brennstoffen weniger CO2-Emissionen nach sich zieht. Du erzeugst also nicht nur clever Strom und Wärme, sondern leistest auch einen Beitrag zum Umweltschutz.
