Das Blockheizkraftwerk. Ein Überblick für Bauherren und Interessenten

Über die Funktionsweise einer ökologischen und wirtschaftlichen Alternative zu anderen Heizungssystemen


Facharbeit (Schule), 2017

21 Seiten, Note: 13


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Ressourcenschonendes Heizen mittels Blockheizkraftwerk

2. Das Blockheizkraftwerk und seine Komponenten

3. Verschiedene Ausführungen der Anlage
3.1 Auslegung nach der Leistung
3.1.1 Das Mikro-BHKW
3.1.2 Das Mini-BHKW
3.1.3 Das Heizkraftwerk
3.2 Auslegung nach dem Verwendungszweck
3.2.1 Stromerzeugung
3.2.2 Wärmegewinnung
3.2.3 Netzeinspeisung

4. Bestehende und potenzielle Einsatzmöglichkeiten
4.1 Öffentliche Gebäude
4.2 Gewerblicher/ industrieller Einsatz
4.3 Private Verwendung

5. Vergleich mit anderen Heizsystemen

6. Betrachtung der Wirtschaftlichkeit

7. Fazit

8. Literaturverzeichnis

9. Internetverzeichnis

10. Abbildungsverzeichnis

11. Anhang

1. Ressourcenschonendes Heizen mittels Blockheizkraftwerk

Trotz angestrebter Energiewende wird der Großteil der Stromerzeugung in Deutschland noch immer von den fossilen Brennstoffen Erdöl, Braun-/Steinkohle und Uran gestellt.1 Auch wenn die Technologien dahinter zuverlässig und billig Strom, als auch Wärme liefern könnten, so hat sich unsere Zivilisation dennoch mit deren negativen Auswirkungen herumzuschlagen, wie etwa der mitunter massive Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase, die hohen Verlustraten bei der Energieumwandlung, und die über allem schwebende Gewissheit, dass diese Rohstoffe endlich sind. In der heutigen Zeit wird das verantwortungsbewusste Umgehen mit fossilen Brennstoffen somit immer bedeutender, stellt doch die Energiegewinnung aus Kohle und Erdöl/-gas den Großteil der weltweiten Treibhausgas-Emissionen dar.2 Blockheizkraftwerke (BHKW) bieten eine äußerst effiziente Nutzung der verwendeten Energieträger und wurden daher aufgrund ihrer umweltschonenden Funktionsweise bereits mehrfach ausgezeichnet. So bezeichnete sie Gerd Billen, Vorsitzender der Jury des Umweltzeichens „Blauer Engel“, als wichtigen Beitrag zur Verringerung des Energieeinsatzes und des Kohlendioxid-Ausstoßes, sowie als Unterstützung im Ausbau der dezentralen Energieversorgung.3 Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) garantiert durch die gekoppelte Erzeugung von Elektrizität und Wärme eine bestmögliche Nutzung der Verwendeten Brennstoffe und trägt damit zum umweltschonenden Heizen bei. Obwohl das Blockheizkraftwerk mittlerweile technisch sehr ausgereift ist, mangelt es ihm noch immer an der nötigen Popularität, um zu den etablierten Heizsystemen gezählt zu werden. Im Folgenden wird zunächst das Blockheizkraftwerk an sich dargestellt. Im weiteren Verlauf folgen Analysen bezüglich des Einsatzortes, den Vorzügen gegenüber anderen Heizarten und der Wirtschaftlichkeit. Außerdem wurde zur Veranschaulichung eines realen Betriebes ein Eigentümer und Betreiber eines Blockheizkraftwerkes befragt (Mitschrift im Anhang). Schließlich wird noch ein Ausblick auf die weitere Entwicklung der BHKW-Technologie gegeben.

2. Das Blockheizkraftwerk und seine Komponenten

Das BHKW ist - vereinfacht - eine kompakte Einheit, welche aus der Energie eines Brennstoffes unter der Verwendung der Kraft-Wärme-Kopplung sowohl elektrische, als auch thermische Energie bereitstellt.

Es handelt sich hierbei hauptsächlich um ein Heizungssystem, welches zusätzlich Strom erzeugt; die Wärmeleistung ist somit im Normalfall deutlich höher als die elektrische Leistung. Die Besonderheit des Systems besteht darin, dass im Gegensatz zu anderen Prozessen beide Größen aktiv genutzt werden, und nicht eine Größe unerwünscht an die Umwelt abgegeben wird. Ebendiese charakteristische Eigenschaft zählt auch Familie W. zu ihren Argumenten für die Investition: „Wir entschieden uns schließlich für ein Blockheizkraftwerk, da gemäß seiner Technologie neben Nutzwärme für den Haushalt zusätzlich Strom produziert wird.“4 Darüber hinaus wird von der Idee, eine zentrale Anlage zur Energieversorgung zu nutzen, Abstand genommen. Stattdessen stellt das Blockheizkraftwerk Strom und Primärwärme direkt am Ort des Verbrauchs her, was den Wirkungsgrad des Prozesses immens erhöht.5 Der Brennstoff wird zunächst dem Motor zugeführt. Dieser stellt somit durch die Verbrennung, ähnlich wie bei einem Fahrzeug, kinetische und thermische Energie bereit. Ein mit dem Motor verbundener Drehstromgenerator wandelt die Bewegungsenergie nun in elektrischen Strom um. Die mitunter sehr heißen Abgase aus dem Verbrennungsprozess werden vor der Abgabe an die Umwelt durch einen Wärmetauscher geleitet, welcher durch einen Wasserkreislauf gespeist wird. Somit wird auch die Wärme der Verbrennung nutzbar. Verwendung findet die somit erhaltene thermische Energie bei der Erhitzung von Brauchwasser, oder zum Heizen; möglich sind außerdem die Bereitstellung von Prozesswärme, sowie das Klimatisieren von Gebäuden mittels Absorptions- und Adsorptionswärmepumpen.6 Alternativ ist es zudem möglich, den konventionellen Verbrennungsmotor durch einen Stirlingmotor mit externer Wärmequelle zu ersetzen. Bei dieser Variante des BHKW steht dem Betreiber eine größere Auswahl an Brennstoffen zu Verfügung, da dieser Motor nicht mit Verbrennung, sondern mit Druckunterschieden arbeitet. Stirlingmotoren arbeiten leise und störungsarm, weisen jedoch gleichzeitig geringe Emissionswerte und eine kompakte Bauweise auf. Blockheizkraftwerke dieser Bauart eignen sich besonders für kleinere Objekte.7 Zusätzlich zu dem kompakten BHKW-Modul empfiehlt sich die Verwendung eines Wärmespeichers, um anfallende Wärme bei Nichtbedarf zu speichern. Hierdurch verbessert sich die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Geräts, da es auch bei geringerem Wärmebedarf maximal ausgelastet werden kann. Außerdem kann somit die Lebensdauer des Motors erheblich verlängert werden, da das System seltener Abschaltet und pro Startvorgang länger in Betrieb ist.8

3. Verschiedene Ausführungen der Anlage

3.1 Auslegung nach der Leistung

3.1.1 Das Mikro-BHKW

Das sog. Mikro-BHKW stellt mit bis zu 15kW elektrischer Leistung die kleinste Ausführung des Blockheizkraftwerkes dar und eignet sich besonders für die Strom- und Wärmeversorgung von Ein- und Zweifamilienhäuser.9 Mikro-BHKWs zeichnen sich durch ihre platzsparende Bauweise aus und bieten zudem die Option, die Anlage direkt mit dem Gasanschluss des Hauses zu verbinden, wobei Erdgas als Brennstoff dient. Die Anlage von Familie W. fällt mit „momentan 5,3kW elektrischer Leistung und 14kW thermischer Leistung“ in die Größenordnung der Mikro-Blockheizkraftwerke.10

Abbildung in dieer Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Das BHKW-Modul der Familie W.

3.1.2 Das Mini-BHKW

Mit einer maximalen elektrischen Leistung von 50kW stellt das Mini-BHKW die nächst größere Ausführung dar. Die Abmessungen sind jedoch so gehalten, dass es in einem bestehenden Objekt installiert werden kann. Möglich ist auch die gemeinsame Energieversorgung über ein sog. Nahwärmenetz, bei dem mehrere Gebäude bzw. Gebäudekomplexe über Warmwasserleitungen mit sehr geringen Transportverlusten unterirdisch miteinander verbunden werden.11

3.1.3 Das Heizkraftwerk

Als Blockheizkraftwerke oder Heizkraftwerke werden Anlagen in einem Leistungsbereich von einigen 100kw elektrischer Leistung bezeichnet. Ihre Ausmaße machen einen nachträglichen Einbau oder Umrüstung sehr schwierig, weshalb sie meist im industriellen Bereich als Kraftwerke für bestimmte Anlagen oder größere Gebäude dienen.

3.2 Auslegung nach dem Verwendungszweck

3.2.1 Stromerzeugung

Stromgeführte Blockheizkraftwerke haben die Bereitstellung von elektrischer Energie als primäres Ziel. Zum Einsatz kommen solche Anlagen meistens entweder in Gebieten mit keiner bzw. schlechter öffentlichen Stromversorgung, wie beispielsweise einer Insel. Aber auch, wenn das Heizkraftwerk ausschließlich mit nachwachsendem Brennstoff betrieben wird, da hierbei auf wirtschaftlicher Seite hohe Gewinne aufgrund der Einspeisung in das öffentliche Netz zu erwarten sind. Außerdem eignet sich diese Ausführung als Notstromaggregat, weil das BHKW im Störungsfall ohne große Verzögerungen Elektrizität bereitstellen kann.12 Da gemäß der Kraft-Wärme-Kopplung dennoch Nutzwärme anfällt, kann diese in einem Pufferspeicher zwischengelagert werden. Allerdings entspricht dies nicht mehr dem Gedanken von effizienter und gleichzeitiger Nutzung von elektrischer und thermischer Energie.

3.2.2 Wärmegewinnung

Wärmegeführte BHKWs sind besonders in Gebäuden sinnvoll, da der Bedarf an Wärme im Vergleich zu Strom weniger starken Schwankungen unterliegt. Die erzeugte thermische Energie kann direkt am Ort der Erzeugung verwendet werden. Auch in dieser Ausführung fällt gemäß des KWK-Prinzips zusätzlich Strom an, aber die Zwischenspeicherung bzw. direkte Einspeisung in das Stromnetz gestaltet sich wesentlich einfacher. Auf Wärmegewinnung ausgelegte Blockheizkraftwerke richten sich nach einer gewissen Grundlast; das ist der minimale Wärmebedarf welcher nicht unterschritten wird. Dahinter steht die Absicht, das Blockheizkraftwerk möglichst selten abzuschalten, um dem Motor zu schonen und maximale Effizienz zu gewährleisten.13

3.2.3 Netzeinspeisung

Ähnlich wie bei einem stromgeführten Bockheizkraftwerk liegt bei einer Netzführung der Fokus ebenfalls auf der größtmöglichen Erzeugung von elektrischer Energie. Auch ein Speichersystem für die kontinuierlich anfallende thermische Energie wird benötigt. Der Unterschied besteht in der Steuerung der Anlage: Während das Stromgeführte BHKW direkt vom jeweiligen Verbraucher geregelt wird, unterliegen netzgeführte Ausführungen den Regelungen eines kommerziellen Energieversorgers. Im Verbund bilden mehrere Exemplare ein sog. „virtuelles Kraftwerk“, welches sich nach dem zeitlichen Energiebedarf der Verbraucher richtet. Ein solches Blockheizkraftwerk eignet sich somit nicht für den privaten Sektor.

4. Bestehende und potenzielle Einsatzmöglichkeiten

Da das Blockheizkraftwerk im Betrieb sowohl Strom und auch Wärme bereitstellt, ist die Nutzung einer solchen Anlage sinnvoll, wenn beide Energieformen tatsächlich genutzt werden. Wie bereits genannt, existieren Systemausführungen, welche sich auf Kosten der Effizienz auf eine Form fokussieren.

[...]


1 AG Energiebilanzen e.V. (Hrsg., 2017): Struktur der Stromerzeugung in Deutschland 2016. https://www.strom-magazin.de/bilder/stromerzeugung-2016_0000w1000_6877.jpg (Stand: 01.10.17)

2 Bundeszentrale für politische Bildung (Hrsg.,2017): Vom Menschen gemacht. Zuordnung der Treibhausgase zu menschlichen Aktivitäten. http://www.bpb.de/gesellschaft/umwelt/klimawandel/38441/anthropogener-treibhauseffekt (Stand: 10.09.17)

3 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (Hrsg., 2005): Blauer Engel für Klimaschutz und Energieeinsparung. Neue Umweltzeichen für gasbetriebene Wärmepumpen und für Mini-Blockheizkraftwerke. http://www.bmub.bund.de/pressemitteilung/blauer-engel-fuer-klimaschutz-und-energieeinsparung/ (Stand: 10.09.17)

4 Vgl. Interview im Anhang

5 Christian Münch GmbH (Hrsg., 2016): Blockheizkraftwerk. Leistungsbereiche. http://www.blockheizkraftwerk.org/ (Stand: 07.09.17)

6 Christian Münch GmbH (Hrsg., 2016): Blockheizkraftwerk. Funktionsweise und Nutzungsmöglichkeiten. http://www.blockheizkraftwerk.org/ (Stand: 06.09.17)

7 Christian Münch GmbH (Hrsg., 2016): Blockheizkraftwerke mit Stirlingmotor. Wirkungsgrad und Vorteile. http://www.blockheizkraftwerk.org/stirlingmotor (Stand: 07.09.17)

8 Klingebiel 2009, S.18

9 Christian Münch GmbH (Hrsg., 2016): Mikro-BHKW. http://www.blockheizkraftwerk.org/mikro-bhkw (Stand: 08.09.17)

10 Vgl. Interview im Anhang

11 Christian Münch GmbH (Hrsg., 2016): Mini-BHKW. Komponenten und Funktionsweise. http://www.blockheizkraftwerk.org/mini-bhkw (Stand: 11.09.17)

12 Scon-marketing GmbH (Hrsg., 2017): Die verschiedenen Betriebsarten von BHKW. Der stromgeführte Betrieb eines BHKW. https://ihr-bhkw.de/betrieb-und-betriebsarten (Stand: 16.09.17)

13 Scon-marketing GmbH (Hrsg., 2017): Die verschiedenen Betriebsarten von BHKW. Der wärmegeführte Betrieb eines BHKW. https://ihr-bhkw.de/betrieb-und-betriebsarten (Stand: 16.09.17)

Ende der Leseprobe aus 21 Seiten

Details

Titel
Das Blockheizkraftwerk. Ein Überblick für Bauherren und Interessenten
Untertitel
Über die Funktionsweise einer ökologischen und wirtschaftlichen Alternative zu anderen Heizungssystemen
Note
13
Autor
Jahr
2017
Seiten
21
Katalognummer
V448448
ISBN (eBook)
9783668860353
ISBN (Buch)
9783668860360
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Blockheizkraftwerk
Arbeit zitieren
David Kunz (Autor), 2017, Das Blockheizkraftwerk. Ein Überblick für Bauherren und Interessenten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/448448

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