Kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung
Bei einer mit Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) betriebenen Energiewandlungsanlage wird sowohl die bei der chemischen oder physikalischen Umwandlung von Energieträgern entstehende Wärme als auch die durch die Energieumwandlung erzeugte elektrische Energie zu weiten Teilen genutzt.
Blockheizkraftwerk (BHKW)
Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme, die vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben wird, bzw. Nutzwärme in ein Nahwärmenetz einspeist. Sie setzt dazu das Prinzip der Wärme-Kraft-Kopplung ein.
Der höhere Gesamtnutzungsgrad gegenüber der herkömmlichen Kombination von lokaler Heizung und zentralem Großkraftwerk resultiert aus der Nutzung der Abwärme der Stromerzeugung direkt am Ort der Entstehung. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt dabei, abhängig von der Anlagengröße, zwischen etwa 25 und 50%. Durch die ortsnahe Nutzung der Abwärme wird die eingesetzte Primärenergie aber zu 80 bis über 90% genutzt. Blockheizkraftwerke können so bis zu 40% Primärenergie einsparen.
Übliche BHKW-Module haben elektrische Leistungen zwischen fünf Kilowatt und fünf Megawatt. Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, d. h. Diesel- oder Gasmotoren, aber auch Gasturbinen verwendet werden. Unter 15 kW werden sie auch Klein- oder Mini-BHKW genannt und dienen zur Versorgung von einzelnen Gebäuden. Die Wärme-Kraft-Kopplung wird ebenfalls in Heizkraftwerken genutzt, dort typischerweise mit elektrischen Leistungen von einigen hundert Megawatt.
Funktionsprinzip
Ein Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der elektrische Energie erzeugt. Die bei diesem Prozess gleichzeitig anfallende Wärme am Motor und Generator wird direkt in das Wärmenetz des Gebäudes eingespeist. Damit ist es ein umweltverträgliches und wirtschaftliches Energie-System, das zugleich Wärme und Strom erzeugt. Angetrieben mit Erdgas, Flüssiggas, Heizöl oder auch Biodiesel/Biogas reicht das Minikraftwerk in der Regel aus, den Strombedarf und die Wärmegrundversorgung zahlreicher Gebäude zu decken.
Wirtschaftlichkeit
Wesentlich für die Wirtschaftlichkeit einer BHKW-Anlage ist eine große jährliche Betriebsstundenzahl im hohen Lastbereich der Kraftmaschine (mehr als 4.000 Volllaststunden pro Jahr sollten erreicht werden). Nur so sind in der Regel die Investitionen in die Anlage betriebswirtschaftlich durch die finanzielle Vergütung für erzeugte Strom- und Wärmemengen gerechtfertigt.
Im Wohnbereich schwankt der Heizenergiebedarf jahreszeitlich sehr stark, im Hochsommer entsteht er nur für die Brauchwassererwärmung. Nur bei sehr wenigen BHKW-Modellen ist die erzeugte Wärme in einem kleinen Bereich veränderbar („modulierender Betrieb“). Außerdem können Bedarfsschwankungen begrenzt durch Wärmespeicher ausgeglichen werden, ansonsten ist ein Parallelbetrieb mit einem herkömmlichen Brenner notwendig. Fehlen für solche Schwankungen des Wärmebedarfs ausgleichende Maßnahmen, kommt es zu häufiger An- und Abschaltung („Takten“) der BHKW-Anlage, was ihre Effizienz und Lebensdauer vermindert.
Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist geboten, alle Investitions- und Betriebskosten wie Abschreibungen, Brennstoff, Wartung und Generalüberholungen unter diesem Gesichtspunkt zu bewerten und den Erlösen für Strom und Wärme bzw. den eingesparten Beträgen hierfür gegenüber zu stellen.
Anwendungsbereich
Mittelgroße BHKW mit einer elektrischen Leistung von mehreren Hundert kW werden häufig von Stadtwerken zur Beheizung von Wohnsiedlungen oder Hallenbädern genutzt und der Strom ins eigene Netz gespeist.
Große BHKW mit Schiffsdieselmotoren über 10.000 kW werden für die Strom- und Wärmeversorgung von größeren Wohn- und Gewerbegebieten sowie Fabriken verwendet.