Aktiv im Klimaschutz

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist nichts anderes als ein Verbrennungsmotor, der mit Erdgas, Biogas oder Heizöl betrieben wird. Er treibt jedoch kein Fahrzeug an, sondern einen Generator zur Stromerzeugung. Parallel dazu wird die anfallende Wärme über einen Wärmetauscher für die Heizung und die Warmwasserbereitung genutzt.

Wird also in einem Gebäude Wärme benötigt, so springt nicht mehr der Heizkessel an, sondern der BHKW-Motor. Dieser liefert die gewünschte Wärme aus der eigenen Abhitze, die beim Stromerzeugen entsteht. Der Strom wird im Gebäude genutzt. Ist der Stromverbrauch im Gebäude kleiner als die produzierte Menge, wird der Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist und vom Netzbetreiber vergütet.

Wo liegt nun der Vorteil gegenüber der heutigen Stromversorgung? Heute werden rund 60 Prozent des Stroms in Deutschland in großen Kohle- oder Atomkraftwerken produziert. Diese Art der Stromerzeugung ist sehr ineffizient. Nur etwa 40 Prozent der eingesetzten Energie (hauptsächlich Kohle und Uran) werden in Strom umgewandelt. Und von diesem erzeugten Strom gehen nochmals rund fünf Prozent beim Transport und in den Verteilnetzen verloren. Rund 60 Prozent der eingesetzten Primärenergie erhitzen unsere Flüsse oder werden über Kühltürme in die Atmosphäre abgegeben. Mit der Abwärme, die in den großen Kraftwerken anfällt, könnte man alle Gebäude in Deutschland heizen. Da die Kraftwerke jedoch in großer Entfernung zu den Städten liegen, müsste die Wärme über lange Wege transportiert werden, was einerseits zu höheren Transportverlusten und andererseits zu hohen Kosten führen würde.

Abb. 1: Wärme und Netzverluste dezentraler und zentraler Stromerzeugung.

Die Alternative zu der herkömmlichen Stromerzeugung stellt die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) dar. Bei dieser Technologie wird die Abwärme genutzt, die bei der Stromerzeugung anfällt. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung unterscheidet man zwischen der zentralen und dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung. Die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (Blockheizkraftwerke) hat gegenüber einem zentralen Heizkraftwerk den Vorteil, dass die Abwärmeverluste geringer sind und die Netzverluste größtenteils wegfallen. Blockheizkraftwerke können vorzugsweise in Mehrfamilien-Wohngebäuden, Bürogebäuden, Krankenhäusern, Altenheimen, Schulen, Sporthallen oder auch in Fabrikhallen und Gewerbebetrieben genutzt werden. In diesen Gebäuden können sie Strom und Wärme mit einem Gesamtwirkungsgrad von 85 bis 95 Prozent erzeugen. Da die Energie wesentlich besser genutzt wird als bei konventionellen Kraftwerken, ist diese Technologie nicht nur umweltfreundlicher, sondern für den Gebäudeeigner auch kostengünstiger – doch dazu später mehr (siehe Abb. 1).

Blockheizkraftwerke schützen das Klima

Kritische Köpfe bemängeln, dass erdgasbetriebe BHKWs ja auch fossile Energieträger verbrennen und keineswegs klimafreundlich seien. Richtig ist, dass Erdgas (Methan) bei der Verbrennung das klimaschädigende Kohlendioxid (CO₂) erzeugt. Aber gegenüber der herkömmlichen hat die dezentrale Stromerzeugung in einem BHKW einen dreifachen Vorteil:

• Pro Kilowattstunde genutzter Energie wird im Blockheizkraftwerk wesentlich weniger Energie eingesetzt als bei der konventionellen Stromerzeugung.
• Die Emissionen pro eingesetzter Kilowattstunde Primärenergie sind wesentlich kleiner, da Erdgas einen höheren Wasserstoffanteil enthält als Kohle und somit bei der Verbrennung wesentlich weniger CO₂ entsteht.
• Jede Kilowattstunde, die dezentral in einem BHKW erzeugt wird, muss nicht in einem Kohlekraftwerke produziert und über das Stromnetz transportiert werden. Damit entfallen auch die Verluste beim Transport und bei der Verteilung. 

Abb. 2: Vergleich zwischen den CO2-Emissionen einer Gasheizung und einem BHKW.

In der Abb. 2 ist die CO₂-Bilanz für eine Wärmeversorgung mit einem Erdgaskessel im Vergleich zu einer Wärme- und Stromversorgung mit einem BHKW dargestellt. Zunächst stellt man fest, dass ein BHKW mehr Erdgas verbraucht als ein Erdgaskessel. Der Grund ist, dass ein Teil der Energie für die Stromerzeugung verwendet wird. Die geleistete Stromerzeugung führt jedoch dazu, dass die Kraftwerke an anderer Stelle im Stromerzeugungssystem weniger Strom herstellen und somit auch weniger Emissionen verursachen. Zieht man diese Emissionen von den Brutto-Emissionen des Blockheizkraftwerkes ab, so erhält man die Netto-CO2-Bilanz für das BHKW. Verglichen mit dem Erdgaskessel sind die klimarelevanten Emissionen um rund 80 bis 90 Prozent niedriger. Neben dem eindeutigen Klimaschutzvorteil hat eine BHKW-Lösung einen weiteren Vorzug: Sie eignet sich auch für denkmalgeschützte Gebäude, da keine Maßnahmen an der Fassade notwendig werden.

An dieser Stelle kommt häufig der Hinweis, dass die Stromerzeugung durch den immer größeren Anteil der regenerativen Energiequellen im Strom-Mix sauberer wird. Das ist zweifellos richtig. Aber die Stromerzeugung im BHKW verdrängt keine regenerativen Energiequellen, sondern Strom aus fossilen Kraftwerken („Merit-Order“-Regel). Es ändert sich mit zu­nehmendem Einsatz von regenerativen Energiequellen zwar der Strom-Mix im Versorgungssystem, aber die dezentrale Stromerzeugung verdrängt weiterhin die fossilen konventionellen Kraftwerke.

Die Stromproduktion wird in den nächsten Jahrzehnten nicht ohne fossile Kraftwerke auskommen. Gerade deshalb ist es von besonderer Bedeutung, dass diese Kraftwerke möglichst effizient sind und das Klima schonen. Deshalb stellt die Kraft-Wärme-Kopplung ebenso wie die Energieeinsparung ein wichtiges Standbein für den Einstieg in das Solarzeitalter dar.

Ein weiterer Vorteil der Blockheizkraftwerke ist ihre Flexibilität. Sie können von einer Minute zur anderen an- oder abgeschaltet und in Kombination mit einem Wasserspeicher dann eingesetzt werden, wenn Sonne und Wind nicht zur Verfügung stehen. Alternativ können sie auch kurzfristig abgestellt werden, wenn es gerade ein Überangebot an Strom gibt. Bei herkömmlichen Großkraftwerken braucht die Leistungsregulierung in der Regel einige Stunden.

Wann ein BHKW wirtschaftlich attraktiv ist

Als Faustregel kann gelten, dass in allen Gebäuden, in denen über das Jahr hinweg mehr als 6000 bis 7000 Liter Heizöl oder 6000 bis 7000 Kubikmeter Erdgas für die Erzeugung von Heizwärme oder Warmwasserbereitung eingesetzt werden, in der Regel ein Blockheizkraftwerk sinnvoll ist.

Damit das BHKW wirtschaftlich arbeitet, sollte die Anlage mindestens ein Drittel des Jahres in Betrieb sein. Dies setzt voraus, dass seine Leistung nicht zu hoch gewählt werden darf. Vielmehr sollte sie so festgelegt werden, dass das Heizkraftwerk eine möglichst lange Laufzeit über das Jahr erreicht und sich damit die Kapitalkosten auf eine große Anzahl von produzierten Kilowattstunden Strom verteilen.¹ Die Wärmeleistung des BHKW sollte nicht höher als etwa ein Drittel der Gesamtleistung der bisherigen Heizungsanlage ausmachen. Damit lassen sich aber bereits rund 70 Prozent des jährlichen Wärmebedarfs abdecken. Gebäude mit einem wesentlichen Wärmebedarf im Sommer (zum Beispiel für die Warmwasserbereitung, Schwimmbad) sind für ein BHKW besonders geeignet, da hier eine hohe jährliche Betriebsdauer erzielt werden kann.

Ein entscheidender Punkt für die Wirtschaftlichkeit ist die Möglichkeit der Eigenstromnutzung. Wenn der im Blockheizkraftwerk erzeugte Strom vor Ort im Gebäude genutzt werden kann, lässt sich in der Regel eine gute Rendite erzielen. Muss der Strom ins Netz eingespeist werden, weil er im Gebäude nicht zeitgleich gebraucht wird, ist die Wirtschaftlichkeit schlechter. ²

Da auch in den nächsten Jahren mit einem steigenden Strompreis zu rechnen ist,³ verbessert sich die Wirtschaftlichkeit insbesondere für solche Gebäude und BHKW-Anlagen, die mit dem erzeugten Strom den Eigenbedarf abdecken. Eine Investition in ein Blockheizkraftwerk ist somit auch eine gute Absicherung gegen steigende Strompreise.

Zusätzliches BHKW spart viel Strom – ein Beispiel

In der Altenpflegeeinrichtung „Friedrich Onnasch Haus“ in Tutow wurde zusätzlich zu den bestehenden Erdgaskesseln ein Blockheizkraftwerk⁴ installiert. Parallel dazu wurde die Gebäudeautomation modernisiert. Der Erfolg war enorm. Trotz zusätzlicher Stromerzeugung konnte der Gasverbrauch leicht reduziert werden.

Ausgangspunkt für die Sanierung waren die zwei vorhandenen zweistufigen atmosphärischen Erdgas-Heizkessel mit einer Leistung von 300 beziehungsweise 160 Kilowatt. Die Steuerung dieser Kessel war unzureichend, so dass selbst im Sommer bei kleinem Wärmebedarf beide Kessel parallel liefen und somit auch der Gesamtnutzungsgrad der Kessel bei etwa 70 Prozent lag.

Mit dem Einbau eines BHKW mit 15 Kilowatt elektrischer Leistung und 30 Kilowatt Wärmeleistung konnte der Wärmebedarf über die Sommermonate gut gedeckt werden, und die Heizkessel werden nur noch in den Wintermonaten zur Abdeckung der Spitzenlast benötigt. Die modernisierte Gebäudeleittechnik steuert die Heizkreise, die Warmwasserbereitung und die Raumlufttechnik sowie das BHKW und den Kessel so, dass der Bedarf der Verbraucher(innen) stets abgedeckt ist und vorrangig das Blockheizkraftwerk zum Einsatz kommt. Dadurch ergibt sich eine hohe Laufzeit, was sich wiederum günstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt. Wie gut die Anlage läuft, zeigt die Bilanz des Jahres 2011: In den zwölf Monaten war das Blockheizkraftwerk insgesamt 8723 Vollbenutzungsstunden in Betrieb und produzierte fast 262.000 Kilowattstunden Wärme sowie über 132.000 Kilowattstunden Strom.

Durch die BHKW-Stromerzeugung sowie durch die Einsparungen an der Hilfsenergie für Kessel und Pumpen konnte der Strombezug der Altenpflegeeinrichtung um 55 Prozent verringert werden – bei einem reduzierten Erdgasverbrauch von 2,5 Prozent. Durch die Kosteneinsparung beim Strom- und Erdgasbezug wird sich die Investition für das Diakoniewerk in knapp vier Jahren amortisieren.

Umrüsten kann sich lohnen

Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung ist ein wirksamer und wesentlicher Bestandteil einer erfolgsorientierten Klimaschutzstrategie und lässt sich in vielen Gebäuden nutzen. Auch wenn die Heizungsanlage noch lange nicht ihre nutzbare Lebensdauer erreicht hat, kann sich die Installation eines BHKW lohnen. Es liefert dann die Grundlast der Wärmeversorgung, der Heizkessel die Spitzenlast. Ob dies sinnvoll und wirtschaftlich ist, ist für den Laien in der Regel nicht erkennbar. Deshalb empfiehlt es sich, sich beraten zu lassen.

Anmerkungen

1. Dadurch sinken die spezifischen Produk­tionskosten pro Kilowattstunde Strom.

2. Für den eingespeisten Strom gibt es eine Vergütung in Höhe des Börsenpreises für Grundlaststrom (derzeit circa vier bis fünf Cent) zuzüglich eines KWK-Zuschlags in Höhe von 5,4 Cent pro Kilowattstunde (für Anlagen von einer elektrischen Leistung bis zu 50 Kilowatt). Mit steigender elektrischer Leistung sinkt die Einspeisevergütung. Der Bezugspreis für Schulen, Krankenhäuser, Altenheime und kleinere Gewerbebetriebe liegt in der Regel zwischen 15 und 25 Cent pro Kilowattstunde. Der im BHKW erzeugte Strom ist demnach viel mehr „wert“, wenn er den Strombezug vom Energielieferanten ersetzt.

3. Dies ergibt sich aus der Förderpolitik (EEG, KWK-Zulage, Risikoübernahme für Windkraft offshore), aus den zusätzlichen Kosten für den Netzausbau und die Reservehaltung sowie über die Kosten für die Minderauslastung der fossilen Kraftwerke. Zudem könnten steigende Brennstoffkosten zu Preissteigerungen führen.

4. BHKW des Monats, Zeitschrift Energie & Management, Mai 2012.