BHKW: Aufbau der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung
Große Kraftwerke produzieren meist nur Strom, die Wärme geht verloren. Mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) kann beides genutzt werden. Wir erklären den BHKW-Aufbau im Detail.
Inhalt des Blogartikels
Kraft-Wärme-Kopplung: Warum der BHKW-Aufbau clever ist
Der Großteil des in Deutschland benötigten Stroms wird zentralisiert in großen Kraftwerken erzeugt. Diese wiederum bestehen in der Regel aus sogenannten Kondensationskraftwerken. Das gilt für Kohlekraftwerke ebenso wie für Biomasse oder Atomkraft, denn stets wird Wärmeenergie über Dampfturbinen in Elektrizität umgewandelt. Die hierbei entstehende Abwärme ist enorm – und wird bei solchen Kraftwerkstypen fast immer ungenutzt in die Umwelt entlassen. Deswegen erreichen die meisten konventionellen Anlagen zur Energieerzeugung einen maximalen Wirkungsgrad von knapp 40 Prozent. Heizkraftwerke schneiden beim Gesamtwirkungsgrad besser ab, weil zumindest ein Teil der Abwärme beispielsweise über Fernwärmeleitungen zum Heizen von Haushalten genutzt wird. Hier setzen die Wärmeverluste bei längeren Wegstrecken allerdings enge Grenzen, weswegen Fernwärme nicht überall verfügbar ist. Blockheizkraftwerke oder kurz BHKW schließen diese Lücke, denn mit ihnen kann sowohl Strom als auch Wärme dezentral an dem Ort erzeugt werden, an dem du die Energie benötigst – bei dir zuhause.
BHKW-Aufbau: Diese Unterschiede gibt es
Bei Blockheizkraftwerken gibt es prinzipiell zwei Varianten – solche mit Verbrennungsmotor und solche ohne. Ein BHKW-Aufbau ohne Verbrennungsmotor basiert heute zumeist auf der Nutzung von Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Für Einfamilienhäuser ist diese Technologie noch relativ teuer und daher nicht besonders verbreitet und eher für größere Anlagen rentabel, die ganze Wohneinheiten oder industrielle Energieverbraucher versorgen sollen. Bezüglich der Kosten eines Blockheizkraftwerks eignet sich aktuell der Verbrennungsmotor als Energielieferant immer noch am besten für Einfamilienhäuser. Allerdings ist es für den BHKW-Aufbau insgesamt unerheblich, welcher Brennstoff im eigenen Blockheizkraftwerk verwendet wird. Hauptsächlich hast du die Wahl zwischen den folgenden Alternativen:
- klassische Brennstoffe wie Diesel, Heizöl, Kohle oder Benzin
- Biomasse bzw. biogene Brennstoffe (dazu zählen auch BHKW für Holzvergasung)
- Siedlungsabfälle
- Methanol
- Erdgas (kann auch zur Gewinnung von Wasserstoff für Brennstoffzellen dienen)
- Wasserstoff
Kaum eine Rolle spielen beim modernen BHKW-Aufbau für Einfamilienhäuser Generatoren, die mit Kohle betrieben werden, obwohl das technisch natürlich auch möglich ist. Abhängig vom gewünschten Brennstoff muss dein BHKW entsprechend ausgelegt sein. Manche Kraftwerkstypen können mehrere verschiedene Brennstoffe verwenden, doch aufgrund der unterschiedlichen Verbrennungseigenschaften müssen die Verbrennungsmotoren meist auf einen bestimmten Brennstoff eingestellt werden (z. B. Heizöl vs. Methanol). Die Brennstoffversorgung muss selbstverständlich zuverlässig sichergestellt sein.
Der Aufbau eines BHKW mit den wichtigsten Komponenten
Bei einem Blockheizkraftwerk geht im Gegensatz zu den meisten zentralen Kraftwerken die erzeugte Wärme nicht einfach verloren, sondern kann in das angeschlossene Heizungsnetz eingespeist werden. Du erzeugst also mit dem BHKW im Garten nicht nur Strom, sondern auch deine eigene Fernwärme, die dann natürlich zur Nahwärme wird. Außerdem kannst du deinen Warmwasserbedarf ebenfalls mit dem BHKW decken. Aufgrund der kurzen Distanzen hast du dabei kaum Übertragungsverluste zu verzeichnen, weswegen der Wirkungsgrad eines BHKW-Aufbaus sehr hoch ist. Ein paar Zahlen zum Vergleich der Wirtschaftlichkeit von BHKW:
Bei der klassischen Stromversorgung durch ein zentrales Kraftwerk werden nur rund 40 bis 45 Prozent der im Brennstoff enthaltenen Energie in Strom umgewandelt – die restlichen 55 bis 60 Prozent gehen verloren. Beim Blockheizkraftwerk holst du aus der gleichen Menge Brennstoff rund 40 Prozent Strom und gleichzeitig bis zu 52 Prozent Wärme. Die Energieverluste liegen also nur bei rund 8 bis 10 Prozent.
Tipp: Wusstest du, dass über die Einbeziehung einer Absorptionskältemaschine in den BHKW-Aufbau dein Gebäude auch aktiv gekühlt werden kann?
Die Hauptkomponenten im BHKW-Aufbau
Die meisten BHKW, die auf Basis eines Verbrennungsmotors arbeiten, benötigen folgende Komponenten:
- Motor
- Gasturbine
- Synchrongenerator
- Wärmetauscher
Darüber hinaus benötigst du natürlich eine Anbindung an die Brennstoffversorgung (z. B. Heizöltank) sowie den Anschluss ans Heizungssystem samt Wärmeleitungen für Vorlauf und Rücklauf sowie ein Ausdehnungsgefäß. Verbrennungsmotoren verfügen außerdem über moderne Rußfilter. Der gesamte BHKW-Aufbau ist in einem schallgedämpften Gehäuse gekapselt, Abluft und Zuluft sollten über eigene Schalldämpfer verfügen, um Betriebsgeräusche zu minimieren. Alternativ werden manchmal auch Stirlingmotoren in Blockheizkraftwerken eingesetzt.
Hinweis: Beim BHKW-Aufbau mit Brennstoffzelle wird in der Regel eine Dampfturbine statt einer Gasturbine verwendet. Aufgrund der geringen Geräuschentwicklung ist die Schalldämpfung im Brennstoffzellen BHKW-Aufbau deutlich einfacher.
Der Synchrongenerator wird vom Verbrennungsmotor angetrieben und erzeugt sogenannten 3-Phasen-Wechselstrom mit einer Spannung von 400 Volt und der üblichen Frequenz von 50 Hertz. Über die elektrische Anbindung an das Niederspannungsnetz kannst du den so erzeugten Strom im eigenen Haushalt nutzen. In der Regel erfolgt der Betrieb parallel zum öffentlichen Stromnetz, aber wenn beispielsweise der Strom ausfallen sollte, kannst du dich mit dem BHKW selbst versorgen. Ähnlich wie bei Solaranlagen wird überschüssiger Strom gegen eine Einspeisevergütung ins Stromnetz des Energieversorgers geleitet.
KWK in Aktion
Neben dem Strom fällt durch die Arbeit des Verbrennungsmotors auch Wärmeenergie an, die über einen Wärmetauscher (meist Plattenwärmetauscher) direkt im Heizungssystem genutzt werden kann. Auch die Warmwasserbereitung kann so unterstützt werden. Ein derartiger BHKW-Aufbau ist also mehr als nur ein einfacher Stromgenerator und funktioniert nach den Prinzipien der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), da sowohl mechanische als auch thermische Energie genutzt werden.
Der BHKW-Aufbau sollte vom Fachbetrieb konzipiert werden
Da ein BHKW-Aufbau immer sehr komplex ist, solltest du Installation und Wartung einem Fachbetrieb überlassen. Das gilt insbesondere für den Anschluss der Strom führenden Komponenten an das Netz, der nicht von Laien erledigt werden kann. Gerade bei der Wartung erzeugen Verbrennungsmotoren Aufwand, weil sie ähnlich wie LKW-Motoren entsprechende Inspektions- und Reparaturintervalle aufweisen. Bei den Ersatzteilen lässt sich manchmal sparen, wenn du diese selbst kaufst. Allerdings beliefern viele Händler für Ersatzteile von Blockheizkraftwerken keine Privatleute. Insofern sind dem Selbermachen beim Einsatz von BHKW Grenzen gesetzt. Da Brennstoffzellen BHKW weniger bewegliche Teile haben, sind Wartungsaufwand und Ersatzteilbedarf hier insgesamt geringer.
