Beratung und Überprüfung von Blockheizkraftwerken, BHKW-Anlagen 

Beschreibung allgemeiner Grundlagen aus der Praxis, über 150 Anlagen betreut, sehr viele mit Monitoring

 

1.)   Ökologische Interessen an BHKW oder Kraft- Wärme- Kopplung 
Mit Blockheizkraftwerken sind verschiedene Begriffe verknüpft: Kraft- Wärme- Kopplung, dezentrale Energieversorgung und Strom erzeugende Heizungen. Alle Begriffe zielen dahin ab, dass der Schritt von der herkömmlichen „getrennten Erzeugung“ von Energie zur „Kraft- Wärmekopplung gegangen werden muss. Denn immer wenn aus einer Energieform eine andere gewonnen werden soll, funktioniert dies nicht ohne Verluste.

 

1.1)  Kein BHKW: Getrennte Erzeugung von Energie 
Bei getrennter Erzeugung von Strom und Wärme wird im Kraftwerk Elektroenergie erzeugt, dabei entsteht ungewollt Wärme. Nur selten wird diese thermische Energie genutzt, symbo-lisch dafür sind die großen Kühltürme der Kraftwerke. Nur 34% des eingesetzten Brennstoffs wird zu Elektro- Energie umgewandelt.  

 

1.2)   BHKW-Gekoppelte Erzeugung 
Im Gegensatz zur getrennten Erzeugung wird bei Kraft- Wärme- Kopplung über 90% nutzba-re Energie erzeugt. Besonders im Haushalt liegt der Bedarf an Wärme und Strom meist in den gleichen Zeiträumen, dies trifft ebenfalls auf Hotelanlagen, Wohnheime und gewerbli-chen Objekten mit Prozesswärmebedarf zu. 
Wenn man berücksichtigt, dass die vorhandenen Fossilen Brennstoffe begrenzt sind, kommt man folglich zu dem Schluss diese so sparsam wie möglich zu verbrauchen. 

 

Die Energieträger sind begrenzt. Verluste bei der Umwandlung führen zum schnelleren Verbrauch der Reserven. 

 

1.3)   BHKW-Brennstoffe 
Abhängig von der Antriebsmaschine einer KWK- Anlage sind verschiedene Brennstoffe mög-lich.  
Heizöl/ Diesel   
Über die letzten 50 Jahre wurde in Deutschland eine große Zahl von Öl- Heizkesseln errich-tet. Dazu hat sich eine entsprechende Infrastruktur entwickelt, die für eine stabile Versorgung notwendig ist. 
Auf dem Markt sind verschiedene Fabrikate an BHKW erhältlich, dabei ist der Wartungs-aufwand für Öl- BHKW erheblich größer als bei vergleichbaren Gas- BHKW. Öl- BHKW kön-nen nur bedingt modulieren. Vorteilhaft sind hohe Stromkennzahlen. Die Motoren stammen meist aus erprobten Dieselmotoren- Baureihen von erfahrenen Motorenherstellern.  
Erdgas/ Flüssiggas 
In den letzten Jahren wurden verstärkt die Erdgasnetze ausgebaut, so dass in städtischen Regionen fast jedem Haushalt Erdgas zur Verfügung steht. Motoren die auf Erdgasbasis arbeiten sind in der Regel auch mit Flüssiggas zu betreiben. Nur wenige BHKW arbeiten mit speziell entwickelten Gasmotoren, meist werden modifizierte 4- Takt- Motoren eingesetzt. Bei Verwendung von Erdgas kann auf Lagerkapazitäten verzichtet werden. Beim Einsatz von Flüssiggas ist es empfehlenswert einen Miettank mit Gasuhr und Verbrauchsabrechnung zu betreiben.  

 

Gas- BHKW sind auf den technisch höchsten Stand, das spiegelt sich besonders im War-tungsaufwand wieder. Mehrere Produkte können  Leistungsmodulierend  betrieben werden. Außerdem spricht der geringe Schadstoffausstoß für Gasmotoren. 
Pflanzenöle 
Die gewachsene Nachfrage nach Pflanzenöl in Deutschland hat in den letzten Jahren zu einer kontinuierlichen Preiserhöhung geführt. Die Wartungskosten von Pflanzenöl- Motoren liegen noch über denen von Heizöl- Motoren. In weiteren ist die Standfestigkeit dieser Moto-ren noch nicht  ausgereift. 
Pflanzenöle haben den Vorteil, dass sie ein regenerativer Brennstoff sind. Jedoch gibt es auch verschieden unangenehme Nebenerscheinungen bei ihrer Produktion. Ein Beispiel ist, dass landwirtschaftliche Betriebe ihr Ziel nicht mehr in der Lebensmittelproduktion sehen, sondern im Anbau dieser „lukrativen“ Produkte. Ein anderes Beispiel ist die Palmölproduktion in Afrika und Südamerika. Dort führt die Ölproduktion zur forcierten Waldgebietabholzung. Wer in Deutschland Palmöl als Brennstoff verwenden will, sollte auch die Transportwege und die daraus entstehenden Umweltbelastungen berücksichtigen. Umweltverbände haben das Problem bereits erkannt und sehen den Prozess als bedenklich an.  

 

2    Wirtschaftliche Gründe für den Betrieb eines BHKW 
2.1    Welche Energieform ist die Beste? 
Energie steht durch die Energieträger in verschiedenen Formen zur Verfügung. Gas wird in qm und kWh erfasst, Flüssiggas in Liter und Öle ebenfalls in Liter.  
Wer Energiepreise vergleichen will, muss die Energieträger auf einen gemeinsamen Nenner bringen. Für Betrachtungen zum BHKW- Betrieb ist es sinnvoll mit Preis/kWh zu rechnen. Dazu müssen Energieträger auf eine Einheit umgerechnet werden. 

 

1 qm Erdgas   entspricht ca. 10,05 kWh (Faktor siehe Gasabrechnung)
1 Liter Heizöl entspricht ca. 10,00 kWh
1 Liter Flüssiggas entspricht ca. 6,70 kWh (bei 18°C)

1 Liter Rapsöl  entspricht ca. 7,00 kWh

 

 

Elektroenergie kann direkt in kWh gezählt werden. 
Energie ist eine Ware und ist in den verschiedenen Energieträgern einzukaufen oder in der höchst veredelten Form, als Elektroenergie zu beziehen. 

 

2.2   BHKW: Energiepreise im Vergleich 
Wenn Elektroenergie in Eigenproduktion erzeugt werden soll, dann muss ein Vorteil gegen-über dem Bezug zum marktüblichen Elektro- Preis entstehen.   
Nach der Konsolidierung des Strommarktes, also ab den Jahr 2000 ist die Differenz zwi-schen dem kWh- Preis von Gas, Öl und Elektro so groß geworden, dass die „Veredelung“ von Gas oder Öl zu Elektroenergie sinnvoll geworden ist. 
Für die Einschätzung ob ein BHKW wirtschaftlich ist, sind Stromerzeugungskosten dem Be-zug von Strom gegenüber zu stellen. 

 

In der Grafik ist deutlich die Differenz zwischen den Preisen zu erkennen.  
Die durchschnittlichen Preise (Brutto- Preise aus Interessentenanfragen ermittelt) lagen 2006 bei: 

 

Erdgas  ca. 5,5 Cent/ kWh

Heizöl ca. 5,5 Cent/ kWh

Flüssiggas  ca. 6,5 Cent/ kWh

Rapsöl  ca. 7,5 Cent/ kWh

 

Elektroenergieca. 28,0  Cent/ kWh    (Arbeitspreis für Privatkunden) 

 

 

Gewerbliche Kunden müssen sich in Leistungsbezügen halten um Strom günstig zu bezie-hen. Dabei ist der kWh- Preis oft sehr undurchsichtig. 
Um seinen durchschnittlichen kWh- Preis zu ermitteln ist der sicherste Weg, die Gesamt-kosten Bezug Elektro- Zählergebühren durch den Verbrauch in kWh zu errechnen.   Dabei werden alle Aufschläge wie Leistungspreise, Energiesteuer, KWK- Zuschläge und Strom-steuer berücksichtigt.  

 

2.3   BHKW: Von der preiswertesten Energieform zur hochwertigsten Energie 
Elektroenergie ist die am weitesten verbreitete Energie. Umfangreiche Stromnetze ermögli-chen den Verbrauch von Elektroenergie fast an jedem Standort. 
Wer anteilig eigene Energie erzeugen will, benötigt einen preiswerten Energieträger. Am Beispiel soll gezeigt werden, welche Kosten bei der Erzeugung von Elektroenergie entste-hen. 
Beispiel: 

 

Brennstoff Erdgas  5 Cent
Abschreibung BHKW auf 15 Jahre mit 450MWh Gesamterzeugung   2 Cent

Wartungskosten für Vollwartung über 15 Jahre

Finanzierungskosten  0,05 Cent
Stromerzeugungskosten gesamt  9,55 Cent

 

Mit jeder selbst erzeugten kWh Elektroenergie lassen sich im Beispiel ca. 8 Cent gegenüber dem Bezug vom Energieversorger sparen. (gegenüber 18Cent/kWh Bezug) 

 

2.4   BHKW-Wärme ist kein Abfallprodukt 
Bei der Produktion von Elektroenergie entsteht Wärme. Anteilig abhängig vom Antrieb des BHKW . 
Als Beispiel wird ein BHKW mit einer elektrischen Leistung von 5kW und einen Gas- 4Takt-motor angenommen (Stromkennzahl 0,33). 

 

Auch die Wärmeerzeugung muss berücksichtigt werden. Die Wärme macht den größten Teil der Produktion des BHKW aus. Nur wenn die Wärme benötigt wird, kann Elektroenergie wirt-schaftlich erzeugt werden. Aus diesem Grund verlangt der Gesetzgeber, dass die BHKW im Gegensatz zu Großkraftwerk „wärmegeführt“ arbeiten müssen.  
Wird der Brennstoff zu teuer eingekauft, wird die Gesamtbilanz durch zu hohe Wärmeerzeu-gungskosten negativ. Dieser Punkt ist besonders bei Pflanzenölen zu bedenken, die auf Grund der hohen Einspeisevergütung verstärkt angefragt werden. Hier wird oft auf die sehr hohe Einspeisevergütung geschaut, ohne die Wärmeerzeugungskosten zu beachten. 
In den Wärmegestehungskosten sind neben anteiligen Wartungs- und Kapitalkosten auch eingesparte Energiesteuerrückerstattungen zu berücksichtigen. Das allerdings gilt nur für Heizöl und Gas BHKW. 

 

3    System BHKW 
Besonders Heizungsbaufirmen neigen dazu, BHKW- Anlagen mit einer herkömmlichen Hei-zung gleich zu setzen. Besonderheiten, die beim Betrieb eines BHKW zu beachten sind, werden oft nicht berücksichtigt. Im Ergebnis wird das System BHKW- Anlage nicht den er-warteten Erfolg erzielen. 
BHKW- Anlagen sind keine „Goldesel“. Auch wer das BHKW mit seinem Auto vergleicht liegt falsch. Ein BHKW mit einer Laufzeit von 5000 Betriebsstunden entspricht einer Kilometerleis-tung eines PKW von ca. 400.000 km (bei 80km/h). Bei den zum Einsatz kommenden Moto-ren handelt es sich um Industriemotoren. Um lange Wartungsintervalle zu fahren, muss hochwertiger Schmierstoff eingesetzt werden.  Jeder Verbrennungsmotor muss Öl verbrau-chen, daraus ergibt sich, dass bei langen Wartungsintervallen große Ölmengen benötigt werden.  

3.1   BHKW-Antrieb 
Am häufigsten eingesetzte Motoren in Klein- BHKW sind 4-Takt oder Dieselmotoren. Auf Grund der unterschiedlichen Drehmomente haben Dieselmotoren in der Regel eine bessere Stromkennzahl.  
Einzylinder-Motoren haben den Nachteil, dass bei geringen Problemen der Brennstoffzufuhr oder der Zündung Startprobleme entstehen. Bei Mehrzylindermotoren werden solche Prob-leme meist durch die anderen Zylinder ausgeglichen. 
Im Wohnhaus wird verlangt, dass die Motoren mit geringer Geräuschkulisse arbeiten. Hier hat der Gasmotor durch „weichere“ Verbrennungen erheblich niedrigere Geräuschpegel. Letztendlich entscheiden der vorhandene Brennstoff und die Leistungsgröße über die Aus-wahl des BHKW. 
In letzter Zeit sind verstärkt „Stirling- Motoren“ am Markt erschienen. Der entscheidende Vor-teil gegenüber 4-Takt oder Dieselmotor wird mit geringen Wartungskosten und Laufruhe dar-gestellt. Leider werden mit Stirling- Motoren die schlechtesten Stromkennzahlen erreicht. Der maximale Wirkungsgrad stellt sich erst nach langen Warmlaufphasen ein. Taktungen, die im kleinen Objekt zwangsläufig erfolgen, führen zu niedrigem Gesamtwirkungsgrad.  

 

 

Generatoren sind bei modernen BHKW direkt mit der Kurbelwelle verbunden. Auf mögliche Verschleißteile wie Zwischengetriebe, Kupplungen oder Keilriemen wird an modernen BHKW verzichtet. Eingesetzt werden Synchron-, Asynchron-, Permanentmagnet- und Linear- Gene-ratoren. Die Generatoren sollten wassergekühlt sein. Bei luftgekühlten Generatoren muss eine Wärmerückgewinnung über Lüftungsanlagen erfolgen, oder die Abwärme geht als Ver-luste in die Umwelt und wirkt sich negativ auf die Strom- und Wärmegestehungskosten aus. Um als KWK- Anlage anerkannt zu werden muss ein Gesamtwirkungsgrad > 70% erreicht werden. (Eingesetzte Energie / Genutzter Energie)   

3.2   BHKW-Wärmeerzeugungen 
Die im Motor anfallende Wärmeenergie wird in das Heizungssystem abgegeben. Die Beson-derheit bei BHKW besteht darin, dass Motoren immer ausreichend gekühlt werden müssen. Dazu wird der Rücklauf der Heizung genutzt. Während der Heizkessel in der Regel auf zu heißes Rücklaufwasser wartet, muss das BHKW bereits seine Leistung reduzieren oder ab-schalten.    
Heizkessel sind so eingerichtet, dass sie mit 100% Leistung den Benner starten und von 100% Leistung direkt ausgeschaltet werden. Ein Verbrennungsmotor braucht Kühlung. Es muss gesichert werden, dass einerseits ausreichend Kühlwasser zugeführt wird, anderer-seits soll der Motor auf optimaler Betriebstemperatur arbeiten. Die BHKW selbst verfügen über Sicherheitsfunktionen, die Überhitzen verhindern und Betriebstemperatur gewährleis-ten. 
Um kurzfristige Wärmebedarfsänderungen zu vermeiden wird der Betrieb über Heizungspuf-ferspeicher empfohlen.  
Neben dem Effekt, dass der Pufferspeicher das System träge macht, fungiert der Puffer meist auch als hydraulische Weiche. Der Anschluss der BHKW an die Rohrleitungen wird über flexible Anschlussschläuche realisieret. 

3.3   BHKW: Elektroenergie 
3.3.1   Elektroenergieerzeugung 
Je nach Art des Generators wird nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl im Generator Strom erzeugt. Dabei muss bei direkt betriebenen Generatoren gesichert sein, dass Span-nung und Frequenz identisch mit dem öffentlichen Netz sind (Asynchrongeneratoren und Synchrongeneratoren). Wenn diese BHKW die Leistung ändern sollen, geht das nur in klei-nen Bereichen.  

 

 

Permanentmagnetgeneratoren erzeugen bereits bei geringen Drehzahlen Elektroenergie.  Modulation ist in größerem Maß möglich. Die erzeugte Energie ist aber noch nicht Netzsyn-chron. Über Leistungselektronik wird Spannung und Frequenz an das Netz angepasst. 
Um BHKW netzparallel zu betreiben wird vom Netzbetreiber eine Sicherheitsvorrichtung ver-langt. Dies soll verhindern, dass bei beabsichtigter Freischaltung des Netzes durch den Netzbetreiber, kein Strom aus dem BHKW in das öffentliche Netz eingespeist wird. Einige BHKW sind bereits werksseitig mit diesen Vorrichtungen versehen (so genannte ENS). Leider zeigen sich Energieversorger wenig kooperativ bei der Errichtung von Eigenerzeu-gungsanlagen. Begründet mit Netzüberlastungen werden regional zusätzliche Vorrichtungen verlangt. Die technischen Anschlussbedingungen der Energieversorger wurden in den letz-ten Jahren ständig verschärft und sind wenig förderlich für die Errichtung von KWK- Anlagen. Bearbeitungszeiten, die nach KWK- Gesetz festgelegt sind, werden nur selten eingehalten. Der erzeugte Strom wird über eine entsprechende Trennstelle und Absicherung auf das Hausnetz aufgeklemmt. Bei Elektroproduktion wird BHKW- Strom zuerst im Hausnetz ver-braucht. Überschüssige Energie fließt über einen in Reihe geschalteten Einspeisezähler in das öffentliche Netz ab und wird nach dem  KWK- Gesetz vergütet. Zusätzliche Einrichtun-gen sind für Netzparallelbetrieb mit Einspeisung nicht notwendig. 
BHKW die nur einspeisen sollen, werden direkt (Trennstelle und Absicherung) über Einspei-sezähler auf das öffentliche Netz geschaltet.  
Soll der Strom an andere Verbraucher geliefert werden, so sind verschiedene Punkte zu be-denken. Hierzu sollte eine spezielle Beratung bei einem Fachbetrieb angefordert werden. Allgemein kann gesagt werden, dass Klein- BHKW selten für den Verkauf an Dritte geeignet sind. Wenn überhaupt, dann nur an einen Verbraucher über dessen Hausnetz auch eine Einspeisung abgerechnet wird bzw. werden kann. 

3.3.2   BHKW-Qualität von Elektroenergie 
Elektrische Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung. Mit herkömmlicher Mess-technik kann man nur die Strom- oder Spannungsspitzen beim Wechselstrom messen. Liegen die Spitzen zeitlich übereinander, ist das errechnete Produkt identisch mit der Ener-gie  die tatsächlich zur Verfügung steht. (Wirkleistung) 
Kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, werden die glei-chen Werte gemessen aber die Leistung liegt dabei unter dem errechneten Wert. Phasen-verschiebung führt zu schlechteren Wirkungsgrad und tritt an jeder Spule auf, die direkt am Netz geklemmt ist.  
Der beste Wirkungsgrad liegt bei cos phi =1 (theoretischer Wert) 
BHKW mit Wechselrichter können Elektroenergie mit cos phi nahe 1 erzeugen.  

 

 

BHKW mit direkt geschalteten Generator (Spule im Stromkreis) erreichen cos phi <0,9 
10% der gemessenen Energie stehen nicht mehr zur Verfügung. 
Bei der Auswahl eines geeigneten BHKW ist auf die „Wirkleistung“ zu achten. Ist die elektrische Leistung mit kVA angegeben, sollte es sich um Wirkleistung handeln. 
Nur mit erhöhtem technischem und finanziellem Aufwand ist eine Blindleistungs-kompensation möglich.  Dabei wird aber nur die Qualität der Energie verbessert. Der Betrag der Wirkleistung erhöht sich nicht. 
Erzeugt ein BHKW 5,5kW el. mit cos phi 0,85 dann stehen tatsächlich nur 4,67kW zur Verfügung. 

3.4   BHKW-Modulation und Leistungsmodulation 
Wer einen neuen Heizkessel in sein Objekt baut, geht davon aus, dass der Kessel modulie-rend arbeitet. Auch Blockheizkraftwerke können Modulieren. Allerdings werden verschiedene Konzepte verfolgt. 
Modulation 
Am Markt sind die häufigsten BHKW mit Festleistung zu finden. Einige Hersteller erklären, dass Ihre Produkte Modulieren. Dabei geht es um Bereiche zwischen 50% und 100% Elekt-roleistung. Die Wärmeleistung sinkt dabei nicht im gleichen Verhältnis.  Das aber ist beson-ders für die Betriebsart „Wärmegeführt“ von Bedeutung. 
Bei dieser Art der Modulation sinkt der Gesamtwirkungsgrad ab. Über die Drosselklappe wird der Motor abgemagert oder fettiger gefahren. Den besten Wirkungsgrad haben diese BHKW allerdings bei fester Drehzahl bei 100%. Das BHKW taktet und ermöglicht keine kontinuierli-che Elektro- Produktion. 
BHKW mit festen Drehzahlen 

 

Leistungsmodulation 
Wenige Hersteller bieten BHKW mit Leistungsmodulation. Der Grundgedanke dabei ist, dass das BHKW immer das günstigste Gas- Luft- Gemisch erhält.  Über eine Regelung wird dem Motor eine Last am Generator angeboten, die den Motor schneller oder langsamer laufen lässt.  
Über Lambda- Messung wird das Gas- Luft- Gemisch nachgeregelt.  Mit modernster Techno-logie ist das BHKW „Ecopower“ ausgestattet. Hier erfolgt die Leistungsmodulation nicht nur bezogen auf Momentan-Anforderung, sondern das BHKW lernt über längere Zeiträume und moduliert bezogen auf gesammelte Erfahrungen bereits im Voraus. Unter Ausnutzung des Pufferspeichers wird Laufzeitoptimiert moduliert. Das BHKW versucht immer zu produzieren. Dabei wird Heizungsbedarf, Warmwasserbereitung, Strombedarf vorrangig berücksichtigt. 
Leistungsmodulation 

 

4    BHKW- Komponenten 
4.1   BHKW- Modul 
Motor und Generator bilden das Herzstück des BHKW. Diese Komponenten sind in einem Schall- und Wärmegeschützten Gehäuse untergebracht.  
Bei der Planung ist auf Platzbedarf und Masse dieser Einheit zu achten. Sofern vom Herstel-ler  verlangt werden diese Motor- Generatoreinheiten auf ein entsprechend entkoppeltes Fundament gestellt. Sofern diese Einheiten nicht zu demontieren sind muss für Reparaturen auch ein Austausch dieser Komplett- Einheit berücksichtigt werden. 
Einige Hersteller haben in diese Einheiten auch die Regelung der BHKW integriert, während Andere diese Technik in zusätzliche Schaltschränke ausgelagert haben. 
Das gilt auch für zusätzliche Komponenten der Abgaseinrichtung. So sind bei wenigen Her-stellern Abgaswärmetauscher direkt in die Motor- Generatoreinheit integriert. Diese BHKW können Quasi- Brennwert fahren, ohne zusätzliche Komponenten. 

4.2   BHKW & Spitzenlastkessel 
In der Regel werden BHKW in Verbindung mit Spitzenlastkessel gefahren. Der Grund liegt darin begründet, dass BHKW wärmegeführt arbeiten. Die BHKW werden in der thermischen Grundlast ausgelegt um längste Laufzeiten zu erreichen. In der Heizperiode reicht die Leis-tung der BHKW nicht aus für die Wärmeversorgung. Diese „Restwärme“ muss durch einen geeigneten Spitzenlastkessel erzeugt werden. Spitzenlastkessel sollten vom BHKW ange-steuert werden. Auch hier bildet das „Ecopower“ BHKW eine Ausnahmerolle. In Verbindung mit speziellen Spitzenlastkesseln kann das „Ecopower“ den Kessel modulierend anfordern.  Einige BHKW verfügen über keine Heizungsregelung, dann muss der Spitzenlastkessel die-se Aufgabe übernehmen. Wird eine Anlage neu konzipiert, dann kann der Spitzenlastkessel kleiner als bei herkömmlicher Heizung ausgelegt werden.  

4.3   BHKW-Heizungspufferspeicher 
Wie bereits erklärt arbeiten BHKW am besten in Kombination mit Pufferspeichern. Die Puf-ferspeicher sollten als Schichtenspeicher ausgelegt sein. Damit wird eine Durchmischung des Speichers vermieden. Im Speicher Oben soll das warme und im Speicher unten soll das Kalte Wasser gespeichert werden. Dazu sind im Speicher entsprechende Leitbleche einge-arbeitet. Vorzugsweise sollten alle Wärmeerzeugen in den Speicher laden.  

 

Im Speicher oben wird das Heizungswasser entnommen. Unten befindet sich das kälteste Wasser, als Rücklauf (Kühlwasser) für das BHKW. 
Auch kurzfristige Temperaturänderungen wirken sich im Speicher erst sehr langsam aus und geben dem BHKW Zeit zu regeln oder abzuschalten. Über den Begriff Speicher wird oft an große Wärmespeicher gedacht. Ein am Klein- BHKW eingesetzter Speicher mit 1000L Vo-lumen kann tatsächlich nur ca. 23 kWh Wärme speichern. In einem Einfamilienhaus mit einer Wärmelast von max. 25kW ist diese Menge in einer Stunde verbraucht. 
Am Markt werden verschiedene Speicher angeboten.

 
4.3.1   BHKW-Klassischer Heizungspufferspeicher 

 

Der klassische Heizungspufferspeicher verfügt über Leitbleche, die eine Durchmischung verhin-dern sollen. Bei Platzmangel kann die Warmwasserbereitung direkt im Heizungspufferspeicher erfolgen. Siehe 4.3.2 und 4.3.3. 

4.3.2   BHKW & Kombispeicher 
Dieser Speicher verfügt über einen zweiten inne-ren Behälter, in dem Warmwasser umspült von Heizungswasser bevorratet wird. Das Warmwas-ser ist dann auf der Temperatur des Speicher- oben. Über eine Beimisch- Schaltung wird die Temperatur auf die gewünschte Warmwassertem-peratur gemischt. 

4.3.3  BHKW &  Multifunktionsspeicher (MTB) 
Während im Kombispeicher Warmwasser gespei-chert wird, erfolgt bei jeder Wasserabnahme am MTB- Speicher ein Austausch des Wassers. Eine Legionellen- Schaltung ist in diesem Speicher nicht notwendig. Bakterien können sich auf Grund des regelmäßigen Durchflusses nicht bilden. 

 

 

4.4  BHKW & Lade- und Entladesysteme 
Während einige BHKW ihre Abwärme über eine Heizungspumpe direkt zum Speicher leiten, werden andere BHKW mit „Rücklaufhochhaltung“ gefahren. 
Diese Systeme haben zwei Aufgaben. Als erstes soll eine gleichmäßige Temperatur im Mo-tor gehalten werden. Denn wenn im Speicher nur kaltes Wasser vorhanden ist, würde der Motor erst sehr spät seine Betriebstemperatur erreichen. Um das Wasser wieder zurück zu-führen, wird es teilweise oder komplett über eine Kurzschlussstrecke zurück gefördert. Die zweite Aufgabe ist die Regelung der Vorlauftemperatur zum Speicher.    
BHKW ohne  Temperaturhochhaltung regeln die Motortemperatur über Thermostatventile, dabei ist die Temperatur des Vorlaufs nur bedingt regelbar. 

4.5   BHKW-Heizkreise und deren Regelung 
Die Fahrweise von BHKW- Anlagen unterscheidet sich zu denen von Heizkesseln. Während der Heizkessel nur bei Bedarf (möglichst selten) einschaltet, soll das BHKW wenn möglich immer laufen. Es wird also immer Wärme produziert. Im oberen Teil des Speichers befindet sich immer heißes Heizungswasser. Um keine Wärme zu verschwenden wird eine hochwer-tige Heizungsregelung verlangt. 
Die technisch am weitesten entwickelten BHKW haben eine Heizkreisregelung im BHKW integriert und beziehen diese in Modulation und Produktionsprogramme ein. Auch hier ist das bereits erwähnte „Ecopower“ BHKW beispielgebend. Die sehr komfortable Heizungsre-gelung für 2 unabhängige Heizkreise wird durch das Motormanagement in die Modulation einbezogen, während andere Hersteller mit handelsüblichen Heizreglern unabhängig vom BHKW regeln. Hier reagiert das BHKW dann nur auf Rücklauf-, Puffer- oder Motortempera-tur. Heizwärmebedarf wird von diesen BHKW nicht erkannt. 

4.6   BHKW- Abgassystem 
BHKW unterliegen entgegen dem Heizkessel nicht der BImschV, sondern der TA- Luft. Ob-wohl die TA- Luft nicht vom Schornsteinfeger überwacht wird, ist die Führung des Abgaswe-ges  genehmigungspflichtig. Das Abgassystem kann je nach Bundesland jährlich oder 2-jährig überprüft werden. Die Abgasmessung erfolgt durch geschulte Servicebetriebe. BHKW werden ähnlich dem KFZ auf CO und NOx überprüft. 

 

Die empfohlenen Abgassysteme der verschiedenen Hersteller unterscheiden sich. Von Kunststoffsystemen über Aluminium, Stahlrohr als Auspuff bis zur direkten Einleitung in Ka-mine werden verschiedene Varianten empfohlen. 
Kombinationen mit Heizkesseln in einem gemeinsamen Abgaskamin sind nur bedingt mög-lich. BHKW- Abgase haben Überdruck, wodurch bereits die Einschränkung für atmosphäri-sche Brenner- Kessel feststeht. Durch entsprechende befähigte Personen muss eine „Kas-kade“ berechnet werden.  
Letztendlich muss die Abgasführung von einem Schornsteinfeger genehmigt werden. Ein-heitliche Festlegungen sind in den Innungen noch nicht durchgesetzt. 
BHKW die Quasi- Brennwert fahren haben einen Anfall von Kondensat. Die Leistungsgrößen von Klein-BHKW verlangen noch nicht nach Neutralisationsanlagen. Eine Einleitung in das Abwasser, eventuell über Kondensat- Hebeanlagen ist zu berücksichtigen. 

4.7   Elektrische BHKW Komponenten 
Die Erzeugung der elektrischen Energie erfolgt in einem Generator. Dazu können Generato-ren mit verschiedenem Prinzip verwendet werden. Die erzeugte Elektroenergie wird entwe-der direkt an Überwachungsgeräte geleitet oder über entsprechende Leistungselektronik weiter aufbereitet. Über Permanentmagnet- Generatoren und Wechselrichter lässt sich Strom mit Cos phi = 1 erzeugen, während Synchron- oder Asynchron- Generatoren nur ei-nen elektrischen Wirkungsgrad von Cos phi = 0,8 – 0,85 erreichen.  (Siehe Pkt. 3.3.2) 
Um die elektrische Energie an das Netz abzugeben sind die TAB (technische Anschlussbe-dingungen) der Netzbetreiber einzuhalten. Dazu wird in der Regel eine „jederzeit frei zugäng-liche Netztrennstelle“ verlangt. Der Hintergrund ist, dass bei Arbeiten am Netz kein Strom unbeabsichtigt eingespeist wird. Alternativ zu diesen Trennstellen, kann eine Absicherung bei fast allen Energieversorgern mit so genannten „ENS“  ausgeführt werden. Die ENS trennt bei Netzausfall das BHKW vom Netz und ermöglicht eine Zuschaltung erst nach einer fest-geschriebenen Zeit und nach Wiederherstellung eines stabilen Netzes. 
Einige Hersteller erfüllen mit ihrer Leistungselektronik diese Forderungen. Entsprechende Unbedenklichkeitserklärungen nach DIN VDE 0126-1-1 werden durch die EVU abverlangt. Je nach Art der Einspeisung erfolgt die Einbindung in das Netz. 
BHKW können Netzparallel zum Verbrauchernetz arbeiten; Bezug ablösen und einspeisen BHKW können zu 100% einspeisen 
BHKW können nur Bezug ablösen; ohne Einspeisevergütung oder „Nullbezug“ 

 

Das BHKW speist die Energie in das „Verbrauchernetz“ ein. Dabei wird der Strom zuerst im Verbrauchernetz verbraucht (geringster ohmscher Widerstand). Wird der Verbrauch redu-ziert, fließt Überschussproduktion in das Netz ab. 
Bei der Einbindung des BHKW ist zu berücksichtigen, dass die am höchsten belastbarste Schnittstelle im Netz gesucht werden sollte. Die BHKW selbst sind entsprechend der Vorga-be der Hersteller abzusichern. In Reihenschaltung zum Bezugszähler ist ein Einspeisezähler zwischengeschaltet. Während der Bezugszähler nur einfließenden Strom zählt, zählt der Einspeisezähler nur denn in das Netz abfließenden Strom.  
BHKW 100% Einspeisung in das EVU- Netz 

 

Der erzeugte Strom wird parallel zum Bezugszähler in das Netz des Energieversorgers ein-gespeist. Diese Methode findet Anwendung, wenn für die Vergütung ein besserer Preis be-zahlt wird als bei der Ablösung von Strombezug eingespart werden kann. 
BHKW- ohne Einspeisung oder „Nullbezug“ 

 

Modulierende und Leistungsmodulierende BHKW mit fortgeschrittener Regelungstechnik können sich an den Strombedarf anpassen. Wenn die elektrische Grundlast so groß ist, dass der Strom im Verbrauchernetz immer zu 100% genutzt werden kann, ist auf einen Referenz-zähler zu verzichten. Der Strom wird immer selbst genutzt. Ist die Erzeugung zeitweise höher wie der Eigenbedarf, wird das BHKW über das Impulssignal vom Referenzzähler seine Leis-tung drosseln. 
Zwei Varianten je nach Regelung sind möglich: 

 

1.    Der Referenzzähler erfasst den Bezug und fordert vom BHKW genau die gleiche e-lektrische Leistung oder
2.    Der Referenzzähler erfasst die Rückspeisung und versucht durch Leistungs-reduzierung die Rückspeisung zu unterbinden. In diesem Fall muss der Referenz-zähler wie für „Netzparallel“ geschaltet werden.

 

4.8   BHKW Montage 
Die Montageleistung sollte an einen erfahrenen Fachbetrieb übergeben werden. Bei der Er-richtung von BHKW- Anlagen müssen mehrere Gewerke abgestimmt werden. Da ein erhöh-ter Anteil an Heizungstechnik verbaut wird, liegt die Gesamtleistung meist in der Hand von Heizungsbaubetrieben. 
Leider ist das Wissen zu dieser Technik kaum Inhalt von Ausbildungen in einer Branche. Ein guter Montagebetrieb benötigt Wissen in den Fachgebieten: 

 

•    Heizungsbau
•    Motortechnik
•    Elektronik
•    Elektrotechnik
•    Mess- und Regeltechnik

 

Die Erfahrungen haben gezeigt, dass verschiedene Heizungsbaubetriebe das BHKW mit einem Heizkessel gleichsetzen und dabei entscheidende Fehler in die Anlage bauen. 
Die Anmeldung eines BHKW beim EVU und die Arbeiten im Zählerschrank müssen von ei-nem autorisierten Elektrofachbetrieb ausgeführt werden. 
Die Frage nach Referenzanlagen ist mehr als notwendig.  
Die Anfrage nach fachkundigen Betrieben bei den Herstellern erweist sich in der Regel als sehr nützlich, da auch nicht alle geschulten Fachbetriebe auf einem Niveau sind. Eine Ur-kunde reicht nicht aus, um das System zu beherrschen.   

 

4.9   Leistungen zu BHKW-Planung und Beantragung 
Ehe man ernsthaft an eine BHKW- Anlage denkt, sollte eine Wirtschaftlichkeitsberechnung abverlangt werden. Dabei zeigt sich, dass Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen der Hersteller immer etwas Rosig ausfallen. Gute Fachbetriebe nutzen herstellerneutrale

• Wärmebedarf des Objektes mit Berücksichtigung der Klimazone und der Nutzungs-weise des Objektes

• Laufzeitermittlung des BHKW, möglichst mit grafischer Gegenüberstellung zum Wär-mebedarf

• Berechnung der produzierten elektrisch und thermisch Arbeiten

• Erlöse und Kosten elektrisch und thermisch

• Gesamtinvestitionssumme

• Zins und Abschreibungengramme für die Erstellung von WBs. In der Berechnung sollten nachfolgende Punkte vorhanden sein:

 

BHKW Berechnungsprogramme für die Erstellung von WBs. 

 

• Wärmebedarf des Objektes mit Berücksichtigung der Klimazone und der Nutzungs-weise des Objektes

• Laufzeitermittlung des BHKW, möglichst mit grafischer Gegenüberstellung zum Wär-mebedarf

• Berechnung der produzierten elektrisch und thermisch Arbeiten

• Erlöse und Kosten elektrisch und thermisch

• Gesamtinvestitionssumme

• Zins und AbschreibungenVerschiedene Hersteller verlangen von Ihren Fachbetrieben den ausschließlichen Vertrieb eines Fabrikates.

Ein Vergleich von BHKW in der nächst niedrigen und höheren Leistungs-größe sollte dann abverlangt werden, wenn Mehrmodulanlagen vorgeschlagen werden. Mehrmodulanlagen lassen sich in der Regel kostengünstiger durch modulierende BHKW ersetzen. Für den Betrieb von BHKW- Anlagen ist ein umfangreiches Antragsverfahren auszuführen:

 

• Abgasführung (Schornsteinfeger)

• Gasbezug (Gasversorger)

• Netzparallelbetrieb (EVU)

• Fördermittel (regionale Institutionen)

• Einspeisevergütung (Bafa)

• Energiesteuerrückerstattung (Hauptzollamt)

 

Gute Fachbetriebe unterstützen Betreiber bei diesen Aufgaben. Für Erstbeantragung wird in der Regel ein Pauschalbetrag in Rechnung gestellt. Wer selbständig an diese Erstbeantra-gung geht, sollte mit erhöhtem Aufwand rechnen, da oft die technischen Kenntnisse fehlen und zudem die Anträge der Antragsstellen regional unterschiedlich sind. Es ist nicht möglich mit einem Standart- Formular zu arbeiten.

 

 

5 Anforderungen an ein BHKW  Objekt

Als Faustformel kann man unter den derzeitigen Bedingungen sagen, dass ein BHKW eine Laufzeit von mindestens 5000 Betriebsstunden pro Jahr erreichen muss, um sich in abseh-barer Zeit zu refinanzieren. Ein Jahr hat insgesamt 8760 Stunden. Wenn ein BHKW im Zeit-raum von September bis Mai laufen kann, ist eine maximale Laufzeit von 6400 Stunden möglich. Ist das BHKW zu groß ausgelegt und muss in der Heizperiode zeitweise abschal-ten, werden die 5000 Betriebsstunden meist nicht erreicht. Bei einem BHKW stellt sich nicht die Frage welche Elektrische Leistung will ich erzeugen, sondern die Frage muss lauten: „Welcher Wärmebedarf ist im Objekt über lange Zeit vor-handen?“. Meist liegt die Wärmeleistung des BHKW unter 30% der bestehenden Kesselleis-tung. Konkret muss das aber am Fabrikat entschieden werden. Bei der Planung des BHKW sollte außerdem Einbringung, Platzbedarf, Geräuschbelastung, Abgasführung, Leitungswege Elektro, Gaszufuhr und Heizungsanbindung berücksichtigt wer-den.

 

5.1 BHKW-Standort und Platzbedarf

Klein- BHKW haben in der Regel einen Platzbedarf von 1m x 1,5m. Ein Pufferspeicher benö-tigt eine Stellfläche von 1m². Die Kipphöhen der Speicher sind zu berücksichtigen. Zusätzli-cher Platzbedarf wird für Bedienung und Wartung notwendig. Die meisten Hersteller wünschen eine Bedienfreiheit von 50 cm um das BHKW.

 

Zu beachten ist die Einbringung des BHKW. Moderne Geräte benötigen eine Türbreite von 75cm.

Am Markt befinden sich jedoch auch Produkte, die eine Breite von 1m besitzen. Zu klären ist außerdem, ob alle Reparaturen am Aufstellort ausgeführt werden können oder ob im Reparaturfall komplette Einheiten getauscht werden müssen. In diesem Fall muss auch ein Ausbau berücksichtigt werden. Da BHKW im Dauerbetrieb arbeiten, schlägt auch die beste Isolierung nach entsprechender Zeit durch. Der Aufstellraum erwärmt sich. Das kann in Wohnhäusern ein positiver Effekt sein. Es kann aber auch dazu führen, dass eine Zwangsbelüftung einzurichten ist. Besonders BHKW mit Leistungselektronik benötigen Raumtemperaturen in bestimmten Be-reichen, um die Bauelemente der Elektronik ausreichend zu kühlen.

 

5.2 BHKW-Brennstoffzufuhr

Auf Grund von Fördermaßnahmen auf der Basis von verbrauchten Brennstoffen empfiehlt es sich, die BHKW mit einer separaten Messeinrichtung für Brennstoff zu versehen (Gasuhr, Öl- Messuhr). Diese Geräte sind im freien Handel erhältlich. Eine geeichte Gasuhr zur Abrech-nung des Gasverbrauches muss nicht als Gas-Hauptanschluss ausgelegt sein. Besonders bei Herstellern von Öl-BHKW werden oft spezielle Ölpumpen empfohlen, die auf Volumenstrom und Druck des BHKW abgestimmt sind. Gas- BHKW sind auf die Standart-drücke der Gasnetze oder Druckverhältnisse von Flüssiggasanlagen abgestimmt. Bei Startvorgängen werden höhere Gasmengen als im Betrieb benötigt. Gasleitungen und Gas Armaturen müssen entsprechend der Gesamtleistung des BHKW dimensioniert werden. Im Aufstellraum ist für ausreichende Verbrennungsluftzufuhr zu sorgen. Bei der Berechnung der Luftzufuhr nach MFeuVo, ist die Gesamtleistung des BHKW anzu-setzen, dass heißt elektrische und thermische Leistung (einschl. Wirkungsgrad).

 

5.3 BHKW Abgasführung

Die Führung des Abgases ist genehmigungspflichtig. Durch die Hersteller werden verschieden Varianten von Abgasanlagen vorgeschlagen. Hier sollte man sich nicht davor scheuen, durch den Schornsteinfeger ein verbindliches, kostenpflichtiges Protokoll erstellen zu lassen. Eine allgemeine mündliche Zustimmung, führt oft bei der Abnahme zu zusätzlichen Auflagen. Von Schornsteinfeger muss die Abgasführung, das Abgassystem, sofern kein Auspuff mon-tiert wird, genehmigt werden. bei Führung durch einen Kamin, muss eine Aussage über den baulichen Zustand (Sprünge, Verwerfungen, usw.) abgefordert werden. Um Kondensatbildung weitestgehend zu vermeiden, sollte das Abgassystem isoliert sein. Öl- BHKW sollten mit einen Kondensat- Auffang versehen werden. Brennwert- BHKW verfügen ohnehin über eine Kondensat- Abführung. Wird vom Hersteller ein zusätzlicher Abgasnachschalldämpfer angeboten, sollte dieser un-bedingt verwendet werden. Klein- BHKW bis 50kW el. liegen in ihrer Leistung unter der Grenze, die eine Neutralisati-onsanlage verlangen.

 

5.4 Hydraulische BHKW-Einbindung

Die hydraulische Einbindung bildet den Schwerpunkt der Montage. Es ist zu beachten, dass BHKW in der Regel mit weiteren Wärmeerzeugern zusammen arbeiten. In der Heizungsan-lage befinden sich entsprechende Pumpen mit verschiedenen Förderleistungen und Drü-cken. Um den Heizungswasserstrom richtig zu führen und dem BHKW immer ausreichendes Kühlwasser zukommen zu lassen, liegt ein Schwerpunkt auf der Hydraulik. Alle Hersteller bieten Einbindungsvarianten für Ihr Produkt an.

 

Prinzipiell ist zu beachten:

 

• Betriebstemperatur des Motor über Thermostat im Modul oder Temperaturhoch-haltung extern absichern

• Pumpen von Verbrauchern und Erzeugern hydraulisch entkoppeln

• Mit Unterstützung von Heizungspufferspeichern die Reaktionszeiten der Gesamt-anlage verlängern

• Das BHKW hat immer Vorrang

• Spitzenlastkessel müssen so eingebunden werden, dass bei versorgter Anlage durch das BHKW der Kessel nicht anspringt (wenn möglich Spitzenlastansteuerung des BHKW nutzen)

• Bei Heizkreisregelungen ist darauf zu achten, dass bei geschlossenem Heizkörper der Kreislauf nicht abgesperrt ist. Mit Überströmern ist zu gewährleisten, dass Vor- und Rücklauftemperaturen noch gemessen werden.

 

Ein prinzipielles Schema für die BHKW- Einbindung ist nicht zu erstellen. An dieser Stelle ist die Erfahrung des Beraters und Planers gefragt. Erfahrung, auch wenn Sie sich im Preis wieder spiegeln, wirkt sich direkt in der Amortisationszeit aus.

 

 

6 BHKW Fördermodalitäten

Regional unterschiedlich werden verschiedene Modelle der Förderung angeboten. Das geht von prozentualen Zuschüssen, über Zuschüsse die an der Minderung des CO2- Ausstoßes gekoppelt sind, bis zu zinsgünstige Darlehen. Diese regionalen Förderungen müssen ent-sprechend erfragt werden. Die Ansprechpartner sollten das jeweilige Umweltamt sein. Förderungen durch den Bund sind in erster Linie durch folgende Gesetze festgeschrieben:

 

KWK- Gesetz

Gesetz über nachwachsende Rohstoffe

Gesetz über erneuerbare Energien

Energiesteuergesetz

 

Dadurch wird besonders der Betrieb von BHKW gefördert. Die aktuellen umweltpolitischen Ereignisse zeigen das steigende Interesse an dezentraler Energietechnik oder Kraft- Wärme- Kopplung. In einschlägigen Internetseiten sind Informationen zum Thema ausführlich dargestellt. Leider wird bei den Entscheidungen für oder gegen BHKW nur wenig der Umwelt- Gedanke in Betracht gezogen. BHKW haben bisher nur eine kleine Lobby. Andere energetische Systeme mit wesentlich ungünstigerem ökologischem und wirtschaftlichem Einfluss werden bereits deutlich besser angenommen.