Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugt gleichzeitig Strom und Wärme und erreicht somit einen besonders hohen Wirkungsgrad. Erfahren Sie bei Buderus mehr zu Aufbau und Funktion von Blockheizkraftwerken, den Kosten für Anschaffung und Betrieb sowie darüber, wann sich ihr Einsatz besonders lohnt!
So funktioniert ein BHKW
Blockheizkraftwerke (kurz: BHKWs) sind Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Anlagen), die gleichzeitig Strom und Wärme produzieren und dadurch einen besonders hohen Wirkungsgrad erzielen. Damit unterscheiden sie sich grundlegend von herkömmlichen Kraftwerken, welche die bei der Stromerzeugung freigesetzte Wärme ungenutzt an die Umwelt abgeben, aber auch von gewöhnlichen Heizungen, die lediglich Wärme und keinen Strom produzieren.
Im Aufbau ähnelt ein Blockheizkraftwerk einem Automotor, an den ein Heizsystem angeschlossen wurde: Das Herzstück der Anlage ist in der Regel ein Verbrennungsmotor, in welchem ein flüssiger oder gasförmiger Energieträger verbrannt wird, zum Beispiel Heizöl oder Erdgas. Wie bei einem Automotor wird die dabei freigesetzte Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Während jedoch ein Auto die bereitgestellte Bewegungsenergie zur Fortbewegung nutzt, treibt das BHKW damit einen Generator an, der wie in einem Kraftwerk Strom erzeugt. Sollen stattdessen feste Brennstoffe, wie etwa Holzpellets, verbrannt werden, kommt ein Stirling-Motor zum Einsatz: Der Stirling-Motor ist eine Art „Wärmekraftmaschine“. Der Motor besitzt einen Zylinder, in dem sich Gas oder „Arbeitsgas“ (Luft, Wasserstoff oder ähnlich) befindet. Der Zylinder wird über eine externe Wärmequelle erwärmt, wodurch ein Kolben im Zylinder verdrängt wird. Es wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die somit einen Kolben in einem zweiten Zylinder bewegt. Hier wird dann mit der mechanischen Energie Strom erzeugt. Sobald sich der erste Kolben von der Wärmequelle entfernt, kühlt das Gas ab und der Vorgang beginnt erneut.
In jedem Fall wird nach der Stromerzeugung die übrige Wärme mittels Wärmetauscher auf ein Heizsystem übertragen. So wird die im jeweiligen Brennstoff gespeicherte Energie optimal verwertet, was Blockheizkraftwerke zu einer besonders effizienten Art der Strom- und Wärmeerzeugung macht.
Welche Arten von Blockheizkraftwerken gibt es?
BHKW ist nicht gleich BHKW – vielmehr gibt es einige verschiedene Typen, die sich entweder nach dem eingesetzten Energieträger oder aber nach ihrer Leistung unterscheiden lassen.
Folgende Energieträger können Blockheizkraftwerke nutzen:
- Erdgas oder Biogas: Die am weitesten verbreitete Variante der Blockheizkraftwerke wird mit Gas betrieben, wobei es sich entweder um den fossilen Energieträger Erdgas oder aber um Biogas handeln kann. Letzteres stammt aus Biogasanlagen, wo es aus Biomasse (z. B. Abfall, Gülle (tierische Exkremente), Silage aus Energiepflanzen (Mais, Zuckerrüben usw.)) gewonnen wird. Blockheizkraftwerke gehören zu den effizientesten und klimafreundlichsten Methoden der Erdgasnutzung, da der Rohstoff durch den hohen Wirkungsgrad der BHKWs besonders gut genutzt wird. Um ein BHKW mit Gas betreiben zu können, ist ein Anschluss an das örtliche Gasnetz erforderlich.
- Flüssiggas: Als Flüssiggas wird durch Druck und niedrige Temperaturen verflüssigtes Gas bezeichnet. Im Gegensatz zu Erd- oder Biogas im gasförmigen Zustand lässt sich Flüssiggas in Tanks lagern, ähnlich wie Heizöl. Nur für die Verbrennung geht es in die Gasform über. Flüssiggas-BHKWs erfordern dementsprechend keinen Anschluss an das Gasnetz.
- Heizöl: Mit Öl betriebene Blockheizkraftwerke kommen vor allem dort zum Einsatz, wo bisher eine herkömmliche Öl-Heizung im Einsatz war und wo dementsprechend bereits ein Heizöl-Tank vorhanden ist.
- Holz: Als nachwachsender Rohstoff ist Holz klimaneutral, da seine Verbrennung nur so viel CO2 freisetzt, wie es während seines Wachstums der Atmosphäre entzogen hat. Mit Holz betriebene Blockheizkraftwerke sind daher besonders nachhaltig. Möglich ist die Verbrennung von Holzpellets, Hackschnitzeln, Holzscheiten etc., wobei Holzpellets aufgrund ihrer einheitlichen Form besonders leicht lagerbar sind und sehr gleichmäßig Energie liefern.
Verbrennungsfreie Alternative: Brennstoffzellen-BHKWs
Mittlerweile gibt es auch Blockheizkraftwerke, die Strom nicht mehr mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator, sondern stattdessen mithilfe einer Brennstoffzelle erzeugen. In einem solchen BHKW reagiert Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft. Dies lässt in der Brennstoffzelle einen elektrischen Strom fließen, der direkt nutzbar ist. Gleichzeitig wird Wärme freigesetzt, die für die Einspeisung in ein angeschlossenes Heizsystem zur Verfügung steht.
Der hierfür erforderliche Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen. Je nach Modell des BHKWs und Art der eingesetzten Brennstoffzelle wird er zunächst in einem sogenannten Reformator aus dem Erdgas herausgelöst oder dieses kommt direkt zum Einsatz.
Unterscheidung von Blockheizkraftwerken nach elektrischer Leistung
| Bezeichnung | elektrische Leistung | Eignung |
|---|---|---|
| Nano-BHKW | bis 2,5 kWel |
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| Mikro-BHKW | 2,5 bis 20 kWel |
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| Mini-BHKW | 20 bis 50 kWel |
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| BHKW | 50 kWel bis 5 MWel |
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Noch größere Anlagen mit einer elektrischen Leistung von mehr als fünf Megawatt werden als Heizkraftwerke bezeichnet. Oft sind dies klassische Kohle- oder Gaskraftwerke, die in erster Linie der Stromerzeugung dienen und die dabei produzierte Wärme in ein Fernwärmenetz einspeisen.
Was ist der Wirkungsgrad und wie wird er bestimmt?
Der Wirkungsgrad einer technischen Anlage beschreibt, wie viel der eingesetzten Energie sie auf die gewünschte Weise nutzen kann. Im Falle eines Blockheizkraftwerks ist dies also der Anteil der zugeführten Energie, der in elektrischen Strom und nutzbare Wärme umgewandelt wird. Bestimmt wird der Wirkungsgrad von Blockheizkraftwerken mit folgender Formel:
Wirkungsgrad = ((kWelektr. + kWWärme) / kWzugeführt) x 100
BHKWs haben einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Im Vergleich zu einem gewöhnlichen Wärmekraftwerk, das etwa 40 Prozent der eingesetzten Energie in Strom umwandelt und den Rest als Abwärme ungenutzt lässt, verwerten sie den eingesetzten Energieträger also wesentlich effizienter und haben somit einen deutlich geringeren CO2-Ausstoß je abgegebener kWh Energie.
Die genaue Höhe des Wirkungsgrads und der jeweilige Anteil von elektrischer und Wärmeenergie sind allerdings auch von der Art des BHKW und insbesondere vom eingesetzten Motor abhängig:
| Art des BHKW | Brennstoff | Wirkungsgrad (elektrisch) | Wirkungsgrad (Wärme) | Gesamt-Wirkungsgrad |
|---|---|---|---|---|
| BHKW mit Verbrennungsmotor | Gas, Flüssiggas, Öl | 20 bis 25 % | 55 bis 70 % | 80 bis 90 % |
| BHKW mit Stirling-Motor | Holz | ca. 15 % | ca. 70 % | ca. 85 % |
| BHKW mit Brennstoffzelle | Wasserstoff | ca. 60 % | ca. 25 % | ca. 85 % |
Vor- und Nachteile von Blockheizkraftwerken
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
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Die Kosten: Installation und Betrieb
Die Kosten für ein Blockheizkraftwerk unterscheiden sich je nach Größe und Typ, wobei die Anschaffungs- und Installationskosten zwischen ca. 12.000 und 30.000 € und damit teils deutlich höher als für andere Heizungstypen liegen. Größere Anlagen weisen höhere Kosten auf, sind aber je erzeugter Kilowattstunde Strom etwas günstiger als solche mit geringerer Leistung.
Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit eines Blockheizkraftwerks ist vor allem seine korrekte Auslegung, die zum Wärmebedarf des Gebäudes passt. Ein BHKW sollte so ausgelegt sein, dass es mindestens 5.500 Stunden im Jahr den Grundbedarf an Wärme deckt. Ist diese Voraussetzung erfüllt, kann sich auch die Anschaffung eines Mikro-BHKWs durchaus lohnen. Ein Pufferspeicher, in den das BHKW überschüssige Wärme einspeist, ermöglicht dabei einen gleichmäßigeren Betrieb, sodass die Anlage seltener an- und abgeschaltet werden muss. Zusätzlich benötigt wird außerdem ein Spitzenlastkessel, der dann zum Einsatz kommt, wenn der Wärmebedarf die Leistungsfähigkeit des Blockheizkraftwerks überschreitet. Geeignet ist hierfür zum Beispiel ein Gas-Brennwertkessel.
Die Betriebskosten eines BHKWs hängen vom Preis des eingesetzten Brennstoffs ab. Dieser lag im Januar 2022 für Heizöl bei ca. 10,1 ct/kWh, für Erdgas bei ca. 7,1 ct/kWh und für Holzpellets bei ca. 5,5 ct/kWh. Zu beachten ist, dass sich die Preise für fossile Energieträger auch aufgrund der steigenden CO2-Steuer in den nächsten Jahren deutlich erhöhen werden. Hinzu kommen außerdem Wartungskosten, die bei einem Blockheizkraftwerk ca. 100 € im Jahr betragen.
Förderung von Blockheizkraftwerken und Vergütung für erzeugten Strom
Bei der Anschaffung eines Blockheizkraftwerks haben Käufer Anspruch auf eine staatliche Förderung im Rahmen des zinsgünstigen KfW-Kredits 270 (für Anlagen, die erneuerbare Energieträger wie Holz oder Biogas nutzen) oder des KfW-Zuschuss 433 (für Brennstoffzellen-BHKWs). Beachten Sie, dass Sie eine KfW-Förderung beantragen müssen, bevor Sie den Kaufvertrag für Ihr neues BHKW unterzeichnen.
Hinzu kommt eine staatliche Vergütung für den von einem Blockheizkraftwerk erzeugten Strom. Diesen können BHKW-Eigentümer entweder selbst nutzen oder aber ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Die dafür gezahlte Vergütung setzt sich zusammen aus:
- dem „üblichen Preis“ (KWK-Index), d. h. dem durchschnittlichen Strombörsen-Preis für Grundlast-Strom im vorangegangenen Quartal
- dem KWK-Zuschlag
- der Vergütung für vermiedene Netznutzungskosten
Blockheizkraftwerke im Altbau
Gemeinhin gilt die schlechtere Wärmedämmung als einer der größten Nachteile von Altbauten. Ein Blockheizkraftwerk macht diesen Nachteil jedoch zum Vorteil, denn es arbeitet mit optimaler Effizienz, wenn es einen möglichst großen Teil des Jahres in Betrieb ist. Nur dann kann es neben Wärme auch Strom produzieren, der selbst verbraucht oder gegen eine Vergütung ins Stromnetz eingespeist wird. Gerade der höhere Wärmebedarf macht daher den Einsatz von BHKWs im Altbau besonders attraktiv.
Entscheidend für die korrekte Auslegung und damit die Effizienz des Blockheizkraftwerks ist dabei, dass eventuell noch anstehende Sanierungsmaßnahmen, z. B. eine verbesserte Wärmedämmung, bereits mitgedacht werden. Andernfalls kann es sein, dass das BHKW im Nachhinein eine zu hohe Leistung für den tatsächlichen Wärmebedarf aufweist und somit kein effizienter Betrieb möglich ist.
Häufig gestellte Fragen zu BHKWs
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Ja, Blockheizkraftwerke sind sehr gut für Unternehmen geeignet, da diese meist einen höheren und oft ganzjährig gleichbleibenden Wärmebedarf aufweisen. So können Blockheizkraftwerke nicht nur Wohngebäude, sondern auch Gewerbe- und Industrieimmobilien effizient mit Wärme und Strom versorgen. Ein dauerhafter Betrieb des BHKW ist somit möglich, welcher dessen Effizienz noch verbessert.
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Ein Blockheizkraftwerk sollte im Jahr mindestens 5.500 Stunden in Betrieb sein, um effizient zu arbeiten. Diese jährliche Laufzeit erreichen Sie durch einen entsprechend hohen Wärmebedarf und eine daran angepasste Auslegung der Anlage.
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Im Allgemeinen ist es günstiger, den erzeugten Strom selbst zu verbrauchen und nur überschüssige Strommengen ins öffentliche Netz einzuspeisen. Denn die Vergütung für eingespeisten Strom ist zwar attraktiv, deckt jedoch nicht die Kosten für den Einkauf von Strom aus dem Stromnetz.