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Acronym: BHKW
Definition: ein modular aufgebautes Heizkraftwerk mit eher geringer elektrischer und thermischer Leistung
Ein Blockheizkraftwerk ist ein Heizkraftwerk eher geringer Leistung (zwischen einigen Kilowatt und etlichen Megawatt]). Es steht meist nahe bei einem oder mehreren Abnehmern von Wärme, die z. B. für Heizzwecke genutzt wird. Die Wärme kann mit einem Nahwärmenetz verteilt werden. Die erzeugte elektrische Energie wird häufig zu größeren Teil lokal verbraucht, aber Überschüsse können in das öffentliche Netz eingespeist werden.
Hätten Sie vielleicht eine schöne Fotografie von einem BHKW- Aggregat, die Sie für das RP-Energie-Lexikon zur Verfügung stellen könnten?
Vor allem kleinere Blockheizkraftwerke basieren häufig auf einem mit Erdgas oder Biogas betriebenen Gasmotor oder einem Dieselmotor, der einen Generator antreibt. Die Nutzwärme wird einerseits dem Kühlwasserkreislauf und andererseits einem Abgas-Wärmetauscher entnommen. Häufig reduziert ein Abgaskatalysator die Schadstoffbelastung der Abgase. Die Motorentechnik entspricht im Wesentlichen der von Auto- oder Lastwagenmotoren. Manche Motoren werden für den Betrieb mit erneuerbaren Rohstoffen umgerüstet, etwa für Biogas oder Pflanzenöl (z. B. Palmöl). Es gibt auch spezielle heißgekühlte Motoren, die die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau (bis ca. 130 °C) liefern.
Etwas größere Anlagen mit elektrischen Leistungen von z. B. 1 MW enthalten häufig mehrere Motor-/Generator-Einheiten. Bei reduziertem Leistungsbedarf kann dann die Anzahl der (weiterhin mit Volllast) betriebenen Einheiten reduziert werden. Der modulare Aufbau ermöglicht auch die allmähliche Erhöhung der Leistung (z. B. nach Anschluss zusätzlicher Verbraucher) durch den Einbau von zusätzlichen Aggregaten.
Größere Blockheizkraftwerke basieren manchmal auf Gasturbinen (meist im industriellen Bereich). Dies führt zwar zu einem niedrigeren elektrischen Wirkungsgrad von häufig etwas unter 30 % (verglichen mit über 40 % für Schiffsdieselmotoren), jedoch erweitert das hohe Temperaturniveau der Abwärme die Palette der Nutzungsmöglichkeiten für die Wärme erheblich. Beispielsweise wird häufig nur so der Einsatz als Prozesswärme möglich. Ebenfalls ist der Wartungsaufwand bei Gasturbinen in der Regel niedriger als bei Verbrennungsmotoren.
Selbst im Bereich kleinerer Leistungen (einige zehn Kilowatt) kommen Mikrogasturbinen zum Einsatz, die auch mit Biogas niedriger Qualität gut arbeiten können.
Anstelle von herkömmlichen Verbrennungsmotoren werden manchmal auch Stirling- und Holzvergaser und Dampfmotoren (die auch die Verwendung fester Brennstoffe ermöglichen) eingesetzt. Auch wenn diese geringere elektrische Wirkungsgrade erzielen, haben sie den großen Vorteil, den Einsatz erneuerbarer Energie zu erleichtern.
Brennstoffzellen sind ebenfalls im Prinzip sehr gut für Blockheizkraftwerke geeignet, kommen aber vor allem aus Kostengründen bisher selten zum Einsatz.
Der Motor eines Blockheizkraftwerks wird in der thermischen Leistung meist so ausgelegt, dass nur der Sockel des Wärmebedarfs, aber nicht der höchste Wärmebedarf im Winter abgedeckt wird. Nur so kann nämlich eine ausreichend hohe Betriebsstundenzahl (z. B. mehr als 5000 Stunden pro Jahr) erzielt werden, was für die Amortisation der Investitionen wichtig ist. Für höheren Wärmebedarf wird parallel ein Spitzenlastkessel (ein Heizkessel) verwendet. Mit diesem können auch Ausfallzeiten des Motors überbrückt werden.
Man beachte, dass bei Systemvergleichen zur Beurteilung der Energieeffizienz der Spitzenlastkessel berücksichtigt werden sollte.
Blockheizkraftwerke nutzen häufig Erdgas oder Heizöl und damit knapper werdende und besonders wertvolle fossile Brennstoffe – dies immerhin deutlich effizienter als beim Einsatz in Heizkesseln. Günstiger ist jedoch im Sinne des Klimaschutzes der Einsatz von Biogas.
Zukünftig wird es wichtig sein, die Energieträgerbasis für Blockheizkraftwerke zu erweitern. Insbesondere wäre es interessant, Holz z. B. über Stirling-Motoren nutzen zu können, um auf diese Weise verstärkt erneuerbare Energie zu nutzen.
Häufig wird der erzeugte Strom vom Betreiber des Blockheizkraftwerks selbst verbraucht, ersetzt dann also Strombezug aus dem Stromnetz. Überschüsse werden in aller Regel in das Stromnetz eingespeist, wofür eine Einspeisevergütung erhalten wird. Die Einspeisung erfolgt bei kleineren Anlagen über das Niederspannungsnetz, bei großen Anlagen (z. B. mehr als 1 MW elektrische Leistung) eher über das Mittelspannungsnetz.
Blockheizkraftwerke arbeiten häufig wärmegeführt, d. h. die momentan erzeugte Leistung richtet sich nach dem Wärmebedarf. Die Maximalleistung richtet sich häufig nach der Grundlast des Wärmebedarfs. Die wärmegeführte Betriebsweise ist zumindest bei Verwendung fossiler Brennstoffe meist am wirtschaftlichsten, wenn Überschüsse in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden können.
Die zeitweilige Zwischenspeicherung von überschüssiger Wärme (z. B. in einem zusätzlichen Pufferspeicher) ermöglicht es, die Stromerzeugung mehr auf die Spitzenlastzeiten zu konzentrieren (zeitweise stromgeführter Betrieb).
Blockheizkraftwerke in Inselnetzen arbeiten manchmal stromgeführt, d. h. die Leistung richtet sich nach dem Bedarf an elektrischer Energie. Je nach Situation wird die Wärmeerzeugung dann mit einem zusätzlichen Spitzenlast-Heizkessel ergänzt (bivalenter Betrieb), oder Abwärme wird ungenutzt abgegeben, etwa über einen Notkühler.
Staatliche Fördermaßnahmen können einen Anreiz erzeugen, mit nachwachsenden Rohstoffen betriebene Blockheizkraftwerke stromgeführt arbeiten zu lassen – auch beim Betrieb am öffentlichen Netz.
Es gibt auch netzgeführte Blockheizkraftwerke, die von einem Stromversorgungsunternehmen ferngesteuert an- und abgeschaltet werden. Sie dienen besonders auch der gezielten Abdeckung von Spitzenlast. Die Maximalleistung wird dann häufig höher ausgelegt als für den lokalen Wärmebedarf notwendig. Die Betriebsweise führt zu höheren Kosten pro erzeugte elektrische Kilowattstunde, jedoch auch zu höheren Erlösen für den Spitzenlast-Strom.
Im Falle von lokal begrenzt verfügbaren nachwachsenden Rohstoffen (z. B. Biogas in einem landwirtschaftlichen Betrieb) kann die Betriebszeit auch durch die Rohstoff-Verfügbarkeit begrenzt sein und wird dann auf Zeiten mit höherem Strom- und Wärmebedarf konzentriert.
Die Leistung eines Blockheizkraftwerks wird oft nicht kontinuierlich geregelt, sondern durch Taktbetrieb, da der elektrische Wirkungsgrad des Motors im Teillastbetrieb geringer wäre.
Durch die Kraft-Wärme-Kopplung erreichen Blockheizkraftwerke meist einen hohen Nutzungsgrad für die eingesetzte Primärenergie, verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. Jedoch hängen der elektrische und thermische Wirkungsgrad deutlich vom Anlagentyp ab, und der Jahresnutzungsgrad zusätzlich von der Betriebsweise (z. B. wärme- oder stromgeführt). Vorteilhaft sind die aufgrund der Verbrauchernähe geringen Verteilungsverluste für Strom und Wärme.
Für die ökonomische und ökologische Bewertung ist nicht nur der Jahresnutzungsgrad relevant:
Wegen der ökologischen Vorteile von Blockheizkraftwerken, die jedoch nicht immer mit direkten ökonomischen Vorteilen einhergehen, wird ihr Einsatz mancherorts vom Staat finanziell gefördert.
| [1] | Extra-Artikel: Blockheizkraftwerke – eine Wunderlösung? |
| [2] | Extra-Artikel: Kraft-Wärme-Kopplung – ein Ersatz für Wärmedämmung? |
| [3] | "Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen Energiesystem", eine Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) (2010); Teil II.3 behandelt die Kraft-Wärme-Kopplung |
| [4] | Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz |
Siehe auch: Heizkraftwerk, Kraft-Wärme-Kopplung
Kategorien: elektrische Energie, Kraftmaschinen und Kraftwerke