Wie arbeitet ein Pellet-Blockheizkraftwerk?
Holz ist erneuerbar und verbrennt CO2-neutral. Aber taugt es auch zur gleichzeitigen Strom- und Wärmeerzeugung in einem Pellet-Blockheizkraftwerk? Hier erfährst du mehr dazu.
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Holzpellet: BHKW-Anlage oder KWK-Anlage?
Wenngleich Holz das älteste Brennmaterial überhaupt ist, spielt es im Bereich der kombinierten und gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom mithilfe der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) aktuell kaum eine Rolle. Hier dominieren die fossilen Brennstoffe, allen voran Erdgas. Es bieten sich dir 2 Möglichkeiten, Holzpellets zu verwenden, um zeitgleich Wärme und Strom zu erzeugen:
- ein Holzpelletkessel mit Stirlingmotor (Holzpellet-KWK-Anlage)
- ein mit Pellets betriebenes Blockheizkraftwerk (Holzpellet-BHKW)
In einem Blockheizkraftwerk (BHKW) findet die Verbrennung innerhalb des Motors statt, wie beispielsweise in einem Holzgas-BHKW. In KWK-Anlagen hingegen wird mit einem Holzkessel und einem externen Stirlingmotor gearbeitet. Hier findet die Verbrennung außerhalb des Motors statt.
Beide Varianten können – jeweils bei gleicher Technik – sowohl mit Pellets, Hackschnitzeln oder Stückholz als Brennstoff betrieben werden. Vor allem im Einsatzbereich Einfamilienhäuser und Mehrfamilienhäuser bezeichnet man beide technisch unterschiedlichen Varianten oft einfach als BHKW. Wobei wir dir heute die Vorteile des stromerzeugenden Heizkessels (KWK) mit Holzpellets erläutern.
Holzpellets: Kleine, kompakte Energiepakete
Bei Holzpellets handelt es sich um genormte, zylindrische Presslinge. Sie bestehen aus getrocknetem, naturbelassenem Restholz verschiedener Holzarten – Sägemehl, Hobelspäne, Waldrestholz – mit einem Durchmesser von etwa 4 bis 10 Millimeter und einer Länge von circa 20 bis 50 Millimeter. Sie werden getrocknet und unter Zugabe von nicht chemischen Bindemitteln unter hohem Druck hergestellt. Der Heizwert von Pellets pro Kilogramm liegt bei ungefähr 5 Kilowattstunden. 2 Kilogramm Pellets haben in etwa den Energiegehalt von 1 Liter Heizöl.
Der Aschegehalt von Holzpellets ist mit weniger als 0,5 Prozent sehr niedrig. Die Asche kannst du ganz einfach über den Hausmüll entsorgen. Wenn du einen Garten oder Balkonpflanzen hast, kannst du sie sogar als Dünger verwenden. Auch die Restfeuchte mit unter 10 Prozent ist sehr gering. Die Holzpellets kannst du deswegen problemlos in trockenen, geschlossenen Räumen lagern.
Als nachwachsender Brennstoff zählt Holz zu den erneuerbaren Energien. Allerdings ist Holz nur begrenzt verfügbar. Holz aus nachhaltiger, regionaler Waldwirtschaft wird als CO2-neutral (CO2: Kohlendioxid) bezeichnet, weil es bei vollständiger Verbrennung nur so viel CO2 an die Umwelt abgibt, wie der Baum im Laufe seines Lebens aus der Atmosphäre aufgenommen hat. Werden Pellets importiert, ist es jedoch mit der CO2-Neutralität vorbei. Bei der Verbrennung entstehen neben CO2 auch Methan, Lachgas, Ruß und Feinstaub. Methangas beispielsweise trägt zur Erderwärmung 21-mal stärker bei als die gleiche Menge Kohlendioxid.
Prinzip von Pellet-Blockheizkraftwerken mit Stirlingmotor
Normalerweise werden diese BHKW-Anlagen wärmegeführt betrieben. Es wird also nur dann auch Strom produziert, wenn Wärme angefordert wird: kein Wärmebedarf, kein Strom.
Ist generell der Wärmebedarf gering, reicht der vom Pellet-Blockheizkraftwerk erzeugte Strom nicht aus, damit du dein Haus selbst mit elektrischer Energie versorgen kannst. Das kann vor allem im Sommer zum Problem werden. Allerdings hast du dann die Möglichkeit, Strom aus dem öffentlichen Netz zu beziehen. Hast du Überschussstrom, kannst du diesen ins Netz einspeisen und dir vergüten lassen. Wenn du deinen Selbststromanteil erhöhen möchtest, kannst du aber auch das Holzpellet-BHKW mit einer Photovoltaikanlage kombinieren. Und wenn es deine Finanzen zulassen, bietet sich zusätzlich noch die Integration eines Solarstromspeichers an. Dann ist sogar eine stromautarke Versorgung deines Hauses möglich.
Funktion eines Holzpellet-Blockheizkraftwerks mit Stirlingmotor
Kernstück des stromproduzierenden Holzpellet-Kessels ist der Stirlingmotor. Er unterscheidet sich vom Verbrennungsmotor dadurch, dass er die erforderliche Wärmeenergie nicht selbst produziert, sondern auf eine externe Wärmequelle angewiesen ist. Das bietet den großen Vorteil, dass sich ein Stirlingmotor praktisch mit jeder Wärmequelle betreiben lässt. Das können fossile Brennstoffe sein oder erneuerbare Wärmequellen. Weil dort die höchsten Temperaturen herrschen, wird im Falle des Pellet-Blockheizkraftwerks der Motor außen im oberen Bereich des Kesselbrennraums montiert.
Im Inneren des Motors befindet sich ein Arbeitsgas (meist Luft oder Edelgas), das ständig in einem Bereich erwärmt und an anderer Stelle abgekühlt wird. Dadurch verändert das Gas sein Volumen, wodurch 2 Kolben (Verdränger- und Arbeitskolben) in eine Auf- und Abwärtsbewegung geraten. Durch Wärmezufuhr entsteht also Bewegungsenergie, die ein Generator aufnimmt und in Strom umwandelt. Die dabei entstehende Abwärme wird über einen Wärmetauscher dem Heizungswasser zugeführt.
Um einen besonders effizienten Betrieb und eine gute Leistung des Stirlingmotors zu erreichen, sollte die Temperaturdifferenz zwischen Arbeits- und Verdrängerkolben möglichst groß sein. Dies wird erreicht, indem das Wasser aus dem Heizkreislauf ganz gezielt an den Arbeitskolben zurückgeleitet wird. Dadurch verbleibt die erzeugte Wärme im Arbeitsprozess. Das sorgt wiederum dafür, dass sich der Wirkungsgrad nicht verschlechtert und du mit einer gleichbleibenden Leistung rechnen kannst.
Ein ausreichend dimensionierter Pufferspeicher macht es möglich, dass du dein Holzpellet-Blockheizkraftwerk mit Stirlingmotor unabhängig davon, ob gerade Wärme benötigt wird, betreiben kannst und keine Wärme verloren geht.
Bedeutung der Stromkennzahl
Die Stromkennzahl (Verhältnis abgegebener elektrischer Leistung zu nutzbarer Wärmeleistung) beträgt bei einer KWK-Anlage mit Stirlingmotor etwa 0,15 bis 0,3 und bei einer BHKW-Anlage 0,3 bis 0,5. Das Blockheizkraftwerk erzeugt also mehr elektrische Energie als die Variante mit Stirlingmotor. 0,3 bis 0,5 besagt, dass mit 1 Kilowattstunde Wärme 300 bis 500 Watt Strom erzeugt werden. Der Wirkungsgrad einer Holzpellet-KWK-Anlage hat mit 70 Prozent bei Wärme und etwa 20 Prozent bei Strom noch reichlich Luft nach oben.
Lohnt sich die Anschaffung eines Pellet-BHKWs?
Insbesondere bei hohem Wärmebedarf und in unsanierten Häusern kann sich ein Pellet-Blockheizkraftwerk mit Stirlingmotor lohnen. Bei den Anschaffungskosten solltest du von wenigstens 15.000 Euro ausgehen. Das Angebot ist jedoch sehr gering. Teilweise befinden sich diese BHKW sogar noch in der Versuchsphase.
Holzpellet-BHKW sind vergleichsweise sehr teuer und werden für den Bereich Ein- und Zweifamilienhäuser kaum angeboten. Die hohen Kosten basieren auf der zusätzlich notwendigen Anschaffung einer aufwendigen Lager- und Fördertechnik. Um ausreichend Pellets für das BHKW lagern zu können, benötigst du einen Gewebetank oder einen Schüttraum. Außerdem musst du dir entweder eine spezielle Sauganlage oder eine Förderschnecke zulegen. Schließlich müssen die Pellets vom Lagerraum zum Kessel transportiert werden. Ob sich die Anschaffung derzeit lohnt, musst du individuell entscheiden.
