Funktionsweise eines BHKW
In einem Blockheizkraftwerk werden – wie in einem großen Heizkraftwerk – sowohl elektrische Energie als auch Wärme produziert. Dieses Prinzip nennt sich Kraft-Wärme-Kopplung.
Das Wichtigste in Kürze
- In einem BHKW treibt ein Motor einen Generator an – die Abwärme wird über Wärmetauscher für Heizung und Warmwasser genutzt.
- Der Gesamtwirkungsgrad liegt bei rund 80 bis 90 Prozent, weil Strom und Wärme direkt vor Ort entstehen.
- Ein Pufferspeicher gleicht aus, dass Strom- und Wärmebedarf selten gleichzeitig anfallen.
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Kombinierte Strom- und Wärmeproduktion
In einem herkömmlichen Kraftwerk wird elektrische Energie über einen Generator, der von einem Motor angetrieben wird, produziert. Die Abwärme, die dabei entsteht, wird über die hinlänglich bekannten Kühltürme abgeleitet.
Dagegen wird in Heizkraftwerken auch die Wärme, die in den Abgasen oder auch im Kühlwasser des Verbrennungsmotors enthalten ist, genutzt. Sie kommt dann als Fernwärme zu den Haushalten. Obwohl bei der Verteilung und Nutzung von Fernwärme Leitungsverluste entstehen, ist das Prinzip der gekoppelten Produktion von elektrischer und thermischer Energie sinnvoll.
Hier setzt auch das Blockheizkraftwerk an: Es produziert sowohl elektrische Energie wie auch Wärme – genauso wie ein Heizkraftwerk. In einem Blockheizkraftwerk sind die Komponenten allerdings in einem Modul (Block) zusammengefasst. Zudem produziert ein BHKW direkt dort, wo sowohl Strom als auch Wärme benötigt werden, sodass Leitungsverluste möglichst vermieden werden.
Getrennte Erzeugung oder Kraft-Wärme-Kopplung?
| Kriterium | Getrennte Erzeugung (Kraftwerk + Heizkessel) | BHKW vor Ort |
|---|---|---|
| Abwärme aus der Stromerzeugung | geht größtenteils über Kühltürme verloren | wird für Heizung und Warmwasser genutzt |
| Transportverluste | Strom kommt aus dem Netz; Wärme entsteht separat im Heizkessel | Erzeugung direkt im Gebäude |
| Brennstoffausnutzung | rund 30–45 % Stromwirkungsgrad – Abwärme bleibt meist ungenutzt | rund 80–90 % Gesamtwirkungsgrad aus Strom plus nutzbarer Wärme |
Hohe Wirkungsgrade durch BHKW
Blockheizkraftwerke ermöglichen durch die Kraft-Wärme-Kopplung erstaunliche Wirkungsgrade.
Die enormen Unterschiede zeigt dieser Vergleich:
- Der Wirkungsgrad in einem herkömmlichen Kohlekraftwerk liegt zwischen etwa 30 und 45 % – der Rest der eingesetzten Energie geht als ungenutzte Abwärme verloren.
- Der Gesamtwirkungsgrad im BHKW liegt – je nach eingesetzter Technik – bei rund 80 bis 90 %; mit zusätzlicher Abgaswärmenutzung (Brennwerttechnik) sind bis zu 95 % möglich.
Wirkungsgrade von BHKWs, Bildquelle: ASUE
Der Gesamtwirkungsgrad eines BHKW ergibt sich durch die Addition von elektrischem und thermischem Wirkungsgrad. Es wird also berücksichtigt, wie viel Prozent der Primärenergie in Strom und wie viel in Wärme umgewandelt wird. Die jeweiligen Anteile unterscheiden sich je nach der gewählten Energie, dem eingesetzten Motor und der Auslegung. Typisch liegen elektrische Wirkungsgrade etwa bei 30 bis über 40 %, thermische Wirkungsgrade je nach Größe und Motor grob bei etwa 45 bis 60 %.
Technik eines BHKW
In einem BHKW treibt ein Motor einen Generator an. Die komplette Einheit aus Motor und Generator ist einem Block zusammengefasst und wird schallgedämmt. Der Generator produziert Strom.
Bei der Umwandlung der Energie in Bewegung fällt auch Wärme an. Deshalb werden Wärmetauscher an das BHKW gekoppelt. Die Wärmetauscher nehmen die Wärme, die im Kühlwasser und dem Abgas enthalten ist, auf. Anschließend geben sie diese Wärme an Heiz- und Trinkwasser ab.
So arbeitet ein BHKW: vom Brennstoff zu Strom und Wärme
Motor läuft
Ein Verbrennungsmotor – je nach Gerät mit Erdgas, Heizöl, Biogas oder anderen Brennstoffen – treibt den Generator an.
Generator erzeugt Strom
Der Strom deckt zuerst den Eigenbedarf im Gebäude; Überschüsse werden ins öffentliche Netz eingespeist.
Wärmetauscher nutzen die Abwärme
Die Wärme aus Kühlwasser und Abgas wird eingefangen, statt ungenutzt zu verpuffen.
Wärme wird gespeichert und verteilt Pufferspeicher
Über den Pufferspeicher versorgt das BHKW Heizung und Warmwasserbereitung zeitversetzt zum Strombedarf.
BHKW werden hinsichtlich verschiedener Aspekte unterschieden:
- Welcher Antrieb wird für den Generator gewählt: Es können sowohl ein Otto-, Diesel-, Gasmotor oder auch ein Stirlingmotor sein. Ebenso werden Dampfmaschinen oder auch Gasturbinen eingesetzt. Zunehmend finden auch Brennstoffzellen Anwendung.
- Welcher Brennstoff wird gewählt: Je nach Motor können flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Am häufigsten sind gasbetriebene BHKW mit Erdgas oder Biomethan; außerdem kommen etwa Heizöl, Flüssiggas, Biogas, Klärgas, Deponiegas, Pflanzenöl oder andere Sonderbrennstoffe je nach Gerät infrage.
- Wie groß ist das BHKW: Je nach Leistung werden Nano-, Mikro-, Mini- und Groß-BHKW unterschieden. Die gängige Abstufung: bis etwa 2,5 Kilowatt elektrische Leistung – von etwa 2,5 bis 15 oder 20 Kilowatt – bis 50 Kilowatt – größer als 50 Kilowatt. Die Klassengrenzen sind nicht genormt und variieren je nach Quelle.
Blockheizkraftwerke, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten, produzieren gleichzeitig Wärme und Strom. Sie sind weit verbreitet und etabliert, vor… weiterlesen
Weitere Komponenten eines Blockheizkraftwerks
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung sorgt dafür, dass immer gleichzeitig Strom und Wärme anfallen – der Bedarf sowohl an Wärme wie auch an Strom ist aber nicht immer gleichbleibend hoch. Werden Blockheizkraftwerke in Mehrfamilienhäusern, kleineren Gewerbeeinheiten oder auch Einfamilienhäusern betrieben, sind deshalb Pufferspeicher in der Regel sinnvoll, damit Wärme zwischengespeichert und häufiges Takten vermieden werden kann.
Strom, der nicht benötigt wird, kann in das Netz eingespeist werden. Mit zunehmender Verbreitung effizienter Stromspeicher können auch diese an ein BHKW angeschlossen werden. Darüber hinaus findet sich bei jedem BHKW natürlich eine Steuerungseinheit – mal integriert, mal in einem separaten Schaltschrank untergebracht.
Moderne Variante: Brennstoffzelle statt Verbrennungsmotor
Eine Sonderstellung unter den stromerzeugenden Heizungen nimmt die Brennstoffzelle ein: Sie gewinnt Strom und Wärme nicht über einen Motor, sondern elektrochemisch – ohne Verbrennung, deutlich leiser und mit weniger beweglichen Teilen. Brennstoffzellen-Heizgeräte erreichen im kleinen Leistungsbereich oft höhere elektrische Wirkungsgrade als motorische Mikro-BHKW und sind deshalb vor allem für Ein- und Zweifamilienhäuser interessant. Wie die Technik im Detail funktioniert, zeigt unser Ratgeber zur Brennstoffzellenheizung.
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