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Spitzenlastkessel

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

11.10.2020

Letztes Update

11.05.2022

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  • Spitzenlastkessel

 

Spitzenlastkessel – Definition und ihre Nutzung in Blockheizkraftwerken

Inhalt des Wiki-Artikel

Spitzenlastkessel in BHKW zur Optimierung der Heizleistung

Spitzenlastkessel sind Heizkessel, die vorwiegend dazu dienen, Spitzenlasten beim Wärmebedarf abzudecken. Die Spitzenlast ist die Höchstbelastung, die während der Zeit der größten Nachfrage auftritt. In Blockheizkraftwerken (BHKW) wird meistens ein Spitzenlastkessel eingesetzt, da diese in der Regel so konstruiert sind, dass sie lediglich den Grundbedarf an Wärme abdecken. Darüber hinaus werden Spitzenlastkessel auch als Reservekessel eingesetzt – für den Fall, dass ein Motoraggregat ausfällt.1

BHKW mit Spitzenlastkessel

Zur Erhöhung der Energieeffizienz werden in Deutschland vermehrt Blockheizkraftwerke eingesetzt. Diese wandeln gasförmige, flüssige oder feste Energieträger in Strom und Wärme um. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist besonders effektiv, denn während bei der Stromerzeugung in konventionellen Kraftwerken bis zu 60 Prozent der eingesetzten Energie vor allem über Abwärme verlorengehen, wandeln BHKW bis zu 95 Prozent der Energie in nutzbare Wärme oder Strom um. Zudem verursachen Blockheizkraftwerke deutlich weniger CO2, was der Umwelt zugutekommt.

Zur Deckung der Spitzenlast ist in einem BHKW ein Spitzenlastkessel erforderlich, der in Zeiten zugeschaltet wird, in denen eine hohe Nachfrage an Wärme besteht. Durch die Integration eines Wärmespeichers als Puffer wird häufiges An- und Ausschalten vermieden, denn durch dieses kann die Lebensdauer eines Blockheizkraftwerks beeinträchtigt werden. Mit einer Auslegung von 6 Kilowatt thermischer Leistung deckt ein BHKW rund 75 Prozent des jährlichen Energiebedarfs für Heizung und Warmwasserbereitung eines Gebäudes ab. Für die benötigte Restleistung sorgt der Spitzenlastkessel. Auf diese Weise lässt sich nicht nur der Energieverbrauch, sondern auch die Kosten senken.2

Spitzenlastkessel im Eigenheim

Größere Blockheizkraftwerke versorgen zum Beispiel Mehrfamilienhäuser, Schulen, Krankenhäuser oder Hotels mit Wärme und Strom. Für Einfamilienhäuser gibt es Mini-BHKW, werden diese auf die Spitzenlast eines Hauses ausgelegt, ist keine zusätzliche Heizung mehr nötig. Mini-Blockheizkraftwerke mit einer für die Größe hohen Leistung, zum Beispiel 12 Kilowatt thermischer und 5 Kilowatt elektrischer Leistung, sollten mit einem Wärmespeicher ausgestattet sein, um ein häufiges Ein- und Ausschalten der Anlage zu vermeiden. Auch in ein BHKW fürs Eigenheim kann ein Spitzenlastkessel integriert werden, der die Wärmeversorgung übernimmt, wenn ein erhöhter Bedarf besteht.3

Bivalente Wärmepumpen-Systeme

Bislang sorgen in Gebäuden oft noch Öl- oder Gasheizungen dafür, dass die Räume eine angenehme Temperatur erreichen. Dies liegt unter anderem daran, dass Modernisierungen aufgrund der Preisentwicklung von unterschiedlichen Energieträgern gescheut werden, denn eine Heizungsanlage erreicht in der Regel eine Nutzungsdauer von mehr als 20 Jahren. Eine Lösung für dieses Problem bieten bivalent betriebene Wärmepumpen, das sind Heizungsanlagen, die Wärmepumpen mit mindestens einem fossilen Wärmeerzeuger kombinieren. Infrage kommen neben Öl- und Gaskesseln auch Heizkessel, die mit einem festen Brennstoff befeuert werden. Der Wärmebedarf kann in Zeiten hoher Nachfrage dann über den fossilen Wärmeerzeuger gedeckt werden, zum Beispiel ist es möglich, eine Feuerstätte als Spitzenlastwärmeerzeuger in den Vorlauf des Heizverteilsystems zu integrieren. Auch moderne Gasheizungen sind so ausgelegt, dass sie als Spitzenlastkessel fungieren können.

Bivalente Wärmepumpen-Systeme können auf verschiedene Weise betrieben werden, beim monovalenten Betrieb wird der Wärmebedarf ausschließlich über die Wärmepumpe gedeckt. Neben diesem und dem bivalenten Betrieb, bei dem andere Wärmeerzeuger bei Bedarf zugeschaltet werden, gibt es den monoenergetischen Betrieb, bei dem die Wärmepumpe zusammen mit einer elektrischen Zusatzheizung zum Einsatz kommt. Die Effizienz von elektrisch betriebenen Wärmepumpen im monovalenten oder monoenergetischen Betrieb kann mit Hilfe der Jahreszahl ermittelt werden, deren Berechnung anhand der Richtlinie VDI 4650 Blatt 1 erfolgt. Darüber hinaus ist die Effizienzangabe für den Spitzenlastkessel für die Bewertung erforderlich.4

Optimierte Wärmeerzeugung mit Spitzenlastkesseln

Spitzenlastkessel gleichen nicht nur Spitzenlasten beim Wärmebedarf aus, sie haben darüber hinaus Einfluss auf das Verhältnis von Heizleistung und Betriebsstunden. Vor allem bei BHKW und Brennstoffzellenheizungen ist die Nutzung von Spitzenlastkesseln unabdingbar, da sonst kein wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet werden kann. Der Hauptkessel kann bei Nutzung eines Spitzenlastkessels dem technischen Optimum angepasst werden. Blockheizkraftwerke arbeiten gewöhnlich in einem stark heruntergeregelten Vollastbetrieb, durch den sie die Anzahl ihrer jährlichen Betriebsstunden erreichen. Der Spitzenlastkessel springt immer dann ein, wenn die niedrige Einstellung des Heizkessels eine Überlastung zur Folge hätte.

Die Auslegung ist bei BHKW entscheidend, denn die Verteilung der Heizkrafterzeugung zwischen Haupt- und Spitzenlastkessel muss richtig eingestellt sein, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen. Oft verfügen Heizungsanlagen über eine einstellbare Steuereinheit, die das Zu- und Abschalten des Spitzenlastkessels automatisch regelt. Ist dies nicht der Fall, kann der Kessel auch manuell in Gang gesetzt werden. Soll eine Heizungsanlage mit zwei Kesseln installiert werden, ist es sinnvoll, einen Experten zur Planung der Steuerung miteinzubeziehen, da bei einer nicht fachgerechten Einrichtung die Effizienz sinkt, die Anlage schneller verschleißt und sich der Brennstoffverbrauch und damit auch die Kosten sogar erhöhen können.5

Brennstoffzellenbasierte KWK-Anlagen

Wie BHKW sind auch brennstoffzellenbasierte Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung auf einen Spitzenlastkessel angewiesen, um wirtschaftlich Energie zu erzeugen. KWK-Anlagen mit Brennstoffzellen sind energieeffizient und brauchen deutlich weniger Primärenergie als Anlagen, die nur Strom oder Wärme erzeugen, um die gleiche Menge an Endenergie bereitzustellen. Deshalb fördert das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur KWK-Anlagen, die zur Versorgung größerer Liegenschaften mit Energie dienen. Bei der Förderung wird zwischen Beistellgeräten, deren Gesamtkosten zuwendungsfähig sind, und Geräten mit integrierter Spitzenlastwärmeversorgung unterschieden, bei denen die Kosten für den Spitzenlastkessel beziehungsweise einen Brennwertheizkessel mit vergleichbarer Leistung abgezogen werden. Einzelheiten sind in der Brennstoffzellen-KWK-Richtlinie festgehalten, die im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) initiiert wurde.

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