Wie funktioniert ein Blockheizkraftwerk?

Ein Blockheizkraftwerk ist eine Anlage zur Energiewandlung. Es wird genutzt, um einzelne Häuser, Quartiere, Wohngebiete oder sogar Industrieanlagen mit Strom und Wärme zu versorgen. Es besitzt eine hohe Effizienz, da die Abwärme bei der Stromgewinnung stets als Wärme genutzt werden kann – dies nennt sich Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Da BHKWs mit allerhand Kraftstoffen betrieben werden können, gibt es viele verschiedene Arten von BHKWs. Alles Wissenswerte über Blockheizkraftwerke erfahren Sie in diesem Artikel.  

Lesezeit: 4 Minuten

Inhalt:

1. Aufbau & Funktionsweise
2. Arten von BHKWs
3. Betriebsarten von BHKWs
4. Förderung von BHKWs
5. BHKW: Vor- und Nachteile
6. swb Blockheizkraftwerk in Hastedt

1. Verbrennungsmotor

Das Herzstück eines jeden Blockheizkraftwerkes ist der Verbrennungsmotor. Genau wie beim Auto wird ein Mix aus Sauerstoff und Kraftstoff im Motor verbrannt, sodass sich der Motor dreht und Bewegungsenergie entsteht. Der Motor wird stetig mit Kühlwasser gekühlt. Ein angeschlossener Kraftstofftank sorgt dafür, dass der Motor die ganze Zeit laufen kann.

2. Stromgenerator

Direkt an den Motor angeschlossen ist ein Stromgenerator. Die mechanische Energie des Motors wird durch den Generator in Strom umgewandelt. Die Effizienz ist dabei bei ca. 30 bis 40 %.

3. Wärmetauscher

Zusätzlich fängt ein Wärmetauscher die Wärme des Abgases und die Wärme des Motorkühlwassers ein. Diese kann dann an das Heizungssystem gegeben oder gespeichert werden. Dadurch steigt die Effizienz auf rund 90 %.

4. Wärmespeicher/Pufferspeicher

Während der Strom direkt ins Stromnetz eingespeist werden muss, kann die Wärmeenergie auch gespeichert werden. Wird dies nicht getan, wird die Effizienz erheblich beeinträchtigt. Daher haben viele Anlagen zusätzlich einen Wärmespeicher (Pufferspeicher), um nicht direkt genutzte Wärmeenergie zu speichern.

5. Filteranlage & Katalysator

Bevor die Abgase an die Umwelt abgegeben werden, laufen sie durch den Katalysator. So werden Stickoxide aufgebrochen, sodass am Ende nur CO₂ und Wasserdampf das BHKW verlassen.

6. Schalldämpfer

Doch nicht nur die Abgase werden gründlich gefiltert, sondern auch der Lärm. Denn mithilfe eines Schalldämpfers im BHKW wird dafür gesorgt, dass die Lärmemissionen minimiert werden.

Blockheizkraftwerke sind vielseitige Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, da sie in verschiedenen Größen konstruiert werden können. Zumeist werden sich nicht nach ihrer thermischen Leistung (Wärmegewinnung), sondern nach ihrer elektrischen Leistung (Stromgewinnung) bemessen. Daraus ergeben sich folgende BHKW-Arten:

Nano-BHKW: elektrische Leistung bis zu 2,5 Kilowatt

Mikro-BHKW: elektrische Leistung von 2,5-15 Kilowatt

Mini-BHKW: elektrische Leistung bis zu 50 Kilowatt

Groß-BHKW: elektrische Leistung über 50 Kilowatt

Ein riesiger Vorteil von KWK-Anlagen wie BHKWs ist, dass sie je nach Nutzungsart mit verschiedenen Motoren betrieben werden können. Möglich sind Verbrennungsmotoren, Dampfmotoren, Dampfturbinen, Stirlingmotoren und sogar wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen. Ebenso lassen sich bei der Betreibung dieser Motoren unterschiedliche Kraftstoffe einsetzen:

Mögliche Kraftstoffe für ein BHKW:

• Diesel
• Erdgas
• Biogas
• Flüssigerdgas (LNG)
• Wasserstoff
• Kohle
• Holzschnitzel/Holzpellets
• Heiz-/Pflanzenöl

1. Wärmegeführt

Bei dieser Betriebsart richtet sich die Produktion nach dem Wärmebedarf der Verbrauchenden. Wird mehr Wärme benötigt, wird auch mehr Wärme produziert. Stromerzeugung und Wärmeerzeugung laufen zwar immer parallel, die Stromerzeugung ist bei dieser Betriebsart aber zweitrangig.

2. Stromgeführt

Bei dieser Betriebsweise richtet sich die Produktion nach dem Bedarf für Strom, sprich dem Stromverbrauch. Gibt es eine Einspeisemöglichkeit für Strom, kann die Stromproduktion auch unabhängig vom Bedarf maximiert werden, um den Stromüberschuss einzuspeisen und vergüten zu lassen. Die dabei entstehende übermäßige Wärme wird gekühlt und an die Umgebung abgegeben, was die sonst hohe Effizienz vom BHKW erheblich mindert.

3. Netzgeführt

Netzgeführte BHKWs werden von einer zentralen Stelle aus gesteuert und nicht von vor Ort. Deshalb wird hier oft auch von einem virtuellen Kraftwerk gesprochen.

Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, die finanzielle Unterstützung für ein Blockheizkraftwerk zu erhalten. Zu den bekanntesten gehören die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Zusätzlich gibt es auf Landesebene spezielle Förderprogramme, die je nach Region und Art des BHKWs aushelfen könnten. Denn welche BHKW-Förderung in Frage kommt, hängt u. a. von der Größe und dem verwendeten Brennstoff ab.

Folgende Fördermöglichkeiten gibt es:

• BAFA (seit 2009 ausgesetzt)
• KWK-Gesetz (nicht mit BAFA kombinierbar)
• EEG
• KfW (häufig nicht mit KWK & EEG kombinierbar)
• Steuerbonus für Sanierung (nicht kombinierbar mit anderen Förderungen)
• Teilweise Förderungen auf Landesebene

Vorteile BHKW:

• Hoher Gesamtwirkungsgrad/Effizienz
• Reduzierung von Emissionen
• Viele private & industrielle Einsatzmöglichkeiten
• Kann mit einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden
• Wetterunabhängig (anders als PV- oder Windkraftanlagen)
• Staatliche Förderungsmöglichkeiten

Nachteile BHKW:

• Hohe Anschaffungskosten
• Hoher Wartungsaufwand
• Abhängig vom Rohstoffpreis
• Oft Nutzung von fossilen Brennstoffen
• Rendite erst nach längerer Laufzeit
• Verliert Effizienz zu Zeiten von geringem Wärmebedarf

Das Blockheizkraftwerk in Bremen Hastedt tritt die Nachfolge für ein Steinkohlekraftwerk an und kann neben Erdgas auch anteilig mit Biogas und Wasserstoff betrieben werden. Die Energie der Brennstoffe wird in neun großen Verbrennungsmotoren in Bewegungsenergie umgewandelt. Diese treiben Generatoren an, die daraus Strom produzieren.

Zusätzlich wird die Verbrennungswärme mit einem Wärmetauscher aufgefangen und zusammen mit der Motorabwärme genutzt. So erhitzt die Kraft-Wärme-Kopplung Wasser unter Druck auf ca. 130° Grad Celsius und es entsteht Fernwärme, die für die Wärmeversorgung von hunderten Haushalten zuständig ist. Ein Katalysator sorgt zusammen mit Harnstoff zur Neutralisation von Stickoxiden, bevor nur noch CO₂ und Wasserdampf die Schornsteine des Blockheizkraftwerkes verlassen.

Insgesamt können die neun Motoren des BHKW bis zu 100 Megawatt Strom und 110 Megawatt Fernwärme produzieren. Ein wichtiger Schritt in Richtung CO₂-Einsparung und Klimaneutralität.