Umwelt

Was ist ein Blockheizkraftwerk und wie funktioniert es?

Sonntag, 3. April 2011 | Text: Gastbeitrag | Bild: Wikimedia

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Der GAU von Fukushima hat die Energie-Diskussion in Deutschland mächtig angeheizt. Immer wieder taucht dabei der Begriff  “dezentrale Energieversorgung“ auf. In unserem Experten-Interview mit Guido Brake kurz nach Bekanntwerden der Katastrophe in Japan hat der Endlagerungs-Spezialist Guido Bracke skizziert, welche Vorteile es haben würde, wenn sich dezentrale Energieversorgung mittels Blockheizkraftwerken in Europa durchsetzen würde. Nun haben wir einen anderen Südstadt-Spezialisten gebeten, uns zu erklären, was Blockheizkraftwerke überhaupt sind und wie sie funktionieren.

Dezentrale Energieerzeugung – das ist in unseren Breiten die Erzeugung von elektrischer Energie mit Hilfe von Windkraftanlagen und Photovoltaik (Sonne), von thermischer Energie mit Hilfe von Solarthermieanlagen, die Sonnenlicht direkt in Wärme umwandeln, und die Kombination aus thermischer und elektrischer Energie  mit Hilfe von Blockheizkraftwerken (kurz BHKW).

Der Name macht es bereits deutlich, wir reden über eine kompakte Anlage (Block), deren gewonnene Energie zum Heizen genutzt werden kann (…heiz…) und als elektrische Energie selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden kann (…kraftwerk).

Funktionsweise
Das BHKW besteht in der Hauptsache aus den drei Komponenten: Motor, Generator und Wärmetauscher. Der Motor funktioniert wie der „Benzinmotor“ in unseren PKW und wird in den typischen Anwendungen mit Pflanzenöl oder einem gasförmigen Brennstoff betrieben (Erdgas, Biogas, Deponie-, Klär- oder Grubengas). Mit der vom Motor angetriebenen Welle (Kurbelwelle) ist ein Generator verbunden. Dieser arbeitet nach dem Prinzip des Dynamos am Fahrrad. Wir erinnern uns vielleicht noch an die Sachkunde- oder Physikstunde in der Schule: ein Metallstab rotiert im Innern einer Spule und das Glühbirnchen beginnt zu leuchten. Der Generator wandelt also die rotierende Bewegung der Kurbelwelle in elektrische Energie um.

Noch mal zurück zu unserem PKW: der Verbrennungsprozess im Motor und die Reibung der sich drehenden Teile erzeugt Wärme. Der Motor muss im Betrieb ständig gekühlt werden, um keinen Schaden zu nehmen. Die Wasserpumpe befördert dazu kaltes Wasser durch den Motor. Die heißen Teile des Motors werden abgekühlt, das Wasser wird aufgewärmt. Anschließend wird es im Kühler, der den Fahrtwind nutzt, wieder abgekühlt und steht wieder zur Verfügung um in den Motor gepumpt zu werden. Jetzt wird auch klar, warum unsere PKWs früher gekocht haben, wenn wir im Stau standen. Der Fahrtwind fehlte! Heute springt der Ventilator, der früher nie funktionieren wollte, an und erzeugt einen kräftigen Windstrom über den Kühler. Früher wie heute wird die thermische Energie aus diesem Kühlprozess an die Umwelt abgegeben.

Im BHKW wird statt des Kühlers ein Wärmetauscher eingesetzt. Das aufgewärmte Wasser aus dem Motorkühlwasserkreis wird über den Wärmetauscher gepumpt. Zusätzlich daran angeschlossen ist in einem zweiten Kreis das Heizwassersystem. Im Wärmetauscher findet nun ein Wärmeübertrag statt. Das Motorkühlwasser wird abgekühlt und in gleichem Maße wird das Heizwasser aufgewärmt. Die thermische Energie steht uns also weiter zur Verfügung!

Ergänzend dazu wird in den meisten Anwendungen das heiße Abgas ebenfalls mit Wasser abgekühlt, um die darin enthaltene Energie zu einem großen Teil zu nutzen. Dies geschieht über einen weiteren Wärmetauscher, der vom heißen Abgas durchströmt wird und zum Beispiel an den Heizwasserkreis angeschlossen ist. Das Wasser wird dann noch weiter erwärmt und steht dann für die Heizkörper in unseren Wohnungen zur Verfügung.

Insgesamt betrachtet schafft es ein BHKW, mehr als 80% der Energie, die über den Brennstoff zugeführt wird, wieder zu nutzen bzw. zur Verfügung zu stellen. Das gesamte Funktionsprinzip wird auch mit „Kraft-Wärme-Kopplung“ (KWK) abgekürzt und wegen seiner „Hocheffizienz“ gefördert.

Vor- und Nachteile
Wie bereits beschrieben, besteht der größte Vorteil in der hohen Effizienz. Durch den dezentralen Einsatz verringern sich die Verluste durch die Wärmetransporte im z.B. Fernwärmenetz, wie sie bei Großkraftwerken eingesetzt werden, und die Transporte der elektrischen Energie im Stromnetz. Außerdem verringern sich die Kosten für die Bereitstellung und Wartung der genannten Netze.

Nachteilig sind die Investitionskosten für den Einzelnen und die Wartungskosten und –arbeiten, die ganz entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg eines BHKWs sind. Gerade die Wartung des Motors muss sehr gewissenhaft durchgeführt werden. In weiteren Blöcken werden wir intensiver auf die Wirtschaftlichkeit eines BHKWs eingehen und verschiedene Anbieter und deren Konzepte vorstellen.

Kosten und Förderung
Die spezielle Förderung von sogenannten Mini-BHKW (bis zu einer elektrischen Leistung von 50 kW) ist leider im Jahr 2010 ausgelaufen. Es gibt aber noch die Förderung basierend auf dem KWK-Gesetz. Informationen hierzu finden sich unter:
http://www.bafa.de/bafa/de/energie/kraft_waerme_kopplung/index.html
 
Die Kosten für ein Mini-BHKW liegen in der Regel zwischen 15.000,- und 25.000,- Euro, abhängig von der Leistung. Hinzu kommen die Kosten für die Einbindung in das Heizwassernetz und den Pufferspeicher, der nicht abgenommene Wärme aufnimmt und speichert.

Mike Ganrath
Der Autor dieses Artikels ist Ingenieur, plant große Blockheizwerke und wohnt in der Südstadt.

Den Experten-Interview könnt Ihr hier lesen.

Text: Gastbeitrag

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