Verwertetes Abfallprodukt

Technik

Klein-Anwendungen - Mit der Zustimmung des Bundesrats im Juni gilt das geänderte KWK-Gesetz, dessen Ziel es ist, den KWK-Anteil an der Stromproduktion auf 25% bis 2020 zu erhöhen. Aus diesem Anlass betrachtet >e die aktuelle Technik bei Kleinst-BHKW und Micro-KWK.

01. August 2012

Konventionelle Verbrennungs-Kolbenmotoren bieten eine erprobte technologische Basis und lassen ihren größten Nachteil dank Kraft-Wärme-Kopplung völlig vergessen: Dass nur rund ein Drittel der im Treibstoff enthaltenen Energie in Bewegung und der Rest in Abwärme umgesetzt wird, fällt nicht mehr ins Gewicht, wenn vor allem eine Wärmeversorgung sichergestellt werden soll und die Bewegungsenergie als ›verwertbarer Abfall‹ ins Stromnetz gespeist werden kann. KWK-Anlagen sind nach landläufiger Definition Heizungen, die auch Strom erzeugen können. Das konsequent dezentrale Grundprinzip hinter den BHKW lautet allerdings: Produziere den Strom dort, wo die anfallende Wärme genutzt werden kann. So ganz eindeutig lässt sich also gar nicht sagen, ob nun der Strom oder die Wärme das Abfallprodukt ist.

KWK für kleine Häuser Geeignet?

Obwohl der Verbrennungsmotor im KWK-Einsatz deutlich wirtschaftlicher arbeiten kann als im Straßenverkehr, bietet zum einen der Gesamtwirkungsgrad zumindest theoretisch noch weiteren Optimierungsspielraum. Zum anderen ist eine Verschiebung des Kraft-Wärme-Verhältnisses in vielen Fällen wünschenswert.

Das gilt insbesondere bei den ganz kleinen Anlagen, die für Zwei- und sogar Einfamilienhäuser genutzt werden sollen: Hier kommt eine falsch ausgelegte Anlage beispielsweise im Sommer gar nicht dazu, in rentablen Mengen Strom zu produzieren, weil die Wärme nicht abgeführt werden kann. Für den Betreiber ist das fatal, weil sich die Mehrkosten der Investition im Vergleich zu einer gängigen Gas-Brennwerttherme nur dann rechnen, wenn über einen bestimmten Zeitraum eine ausreichende Menge Strom produziert und durch Eigennutzung die Stromrechnung verringert oder durch die KWK-Förderung rückvergütet wird. Unter Umständen kann das ein Aus für den konventionellen Verbrennungsmotor bedeuten, selbst wenn es ein kleines 2-Zylinder-Aggregat von VW oder das vom klassischen 4-Takt-Rasenmäher- und Kart-Motor abstammende 1-Zylinder-Triebwerk von Honda ist. Honda hat im japanischen Markt etwa 80.000 solcher Klein-BHKW verkauft.

Alternativen: Stirling-Motor...

Als Alternativen suchen in diesem Bereich deshalb Stirling-Motor-Konzepte und Brennstoffzellenaggregate ihren Markt. Beispiele für Stirling-Technologie sind der Dachs von SenerTec, der WhisperGen aus England, der von verschiedenen Anbietern und Energieversorgern in Deutschland vertrieben wird, oder – als bislang kleinstes Gerät – das Vitotwin 300-W von Viessmann.

Im klassischen wandhängend montierbaren Gehäuse vereint es Stirling-Motor und ein Gas-Brennwertgerät als Spitzenlastkessel. Bei höherem Wärmebedarf übernimmt das Gas-Brennwertmodul die fehlende Leistung. Durch die Nutzung der Abwärme aus der Stromerzeugung lassen sich nach herstellerangaben bis zu 20% Primärenergie sparen. Das Antriebsprinzip ist sehr leise und ermöglicht daher die wohnraumnahe Installation. Allerdings arbeitet das Gerät besonders wirtschaftlich erst bei einem jährlichen Gasverbrauch von mindestens 20.000kWh/a und einem Stromverbrauch von mehr als 3.000kWh/a.

Wie schon bei den Verbrennungsmotoren geht also auch hier die Rechnung in vielen Fällen nicht unbedingt auf, denn der genannte Stromverbrauch liegt zwar knapp unter dem, was eine drei- bis vierköpfige Familie im Schnitt benötigt. Sie würde allerdings für Heizung und Warmwasser auch in einem noch nicht nach Niedrieg-Energie-Standards gebauten modernen Einfamilienhaus nur die halbe Gasmenge benötigen.

... oder Brennstoffzelle

Ob hier die Brennstoffzellen-Technologie besser geeignet ist, sollte der bundesweit größte Praxistest Callux zeigen. Die Vorteile der Geräte liegen in den vergleichsweise hohen Wirkungsgraden der dezentralen Stromproduktion. Die Relation Strom:Wär-me verschiebt sich also stärker in Richtung Strom. Für die Haushalte bringt die Brennstoffzellentechnologie bis zu 30% Primärenergieeinsparung.

Die Partner des Konsortiums hofften optimistisch, dass in der ersten Phase des Projektes so viele Brennstoffzellen-Heizgeräte bundesweit installiert sind, dass in der jetzt angelaufenen zweiten Phase die Marktvorbereitungen starten können. Statt der ursprünglich anvisierten 800 Testhaushalte fanden sich allerdings nur rund 250. Beteiligt sind die drei Gerätehersteller Baxi Innotech, Hexis und Vaillant sowie fünf Energieversorger. In deren Versorgungsgebieten liegen somit auch die Schwerpunkte der Callux-Installationen: Die Regionen Mittlerer Neckar und Rhein-Neckar in Baden-Württemberg, in Berlin und dem nahen Umland, im Nordwesten Niedersachsens und in Bremen. Ist eine entsprechende Installationsdichte erreicht, macht auch die Callux-Box Sinn, die die Brennstoffzellen-KWK-Geräte zu virtuellen Kraftwerken vernetzt und die Stromproduktion weiter optimiert.

Meistens Überdimensioniert

Auch wenn in den Angeboten immer wieder vom Einfamilienhaus gesprochen wird und das neue KWK-G hier eine ganze Reihe von Ansätzen bietet – die aktuell vorhandenen Micro-KWK-Anlagen sind dafür alle eine Nummer zu groß. Dass das BAFA die Anschaffung eines kleinen BHKW für Eigenheime und kleine Mehrfamilienhäuser rückwirkend ab April 2012 wieder finanziell fördert, sieht Birgit Holfert, Energieexpertin der Verbraucherzentrale, positiv. Allerdings, so sagt sie, »sollten Verbraucher sich vorab genau informieren, ob eine BHKW-Anlage für ihre Bedürfnisse auch wirtschaftlich ist.« Auch nach Erfahrung der Energieexpertin werden gerade in Einfamilienhäusern oftmals nicht genug Betriebsstunden erreicht, um die Anlage sinnvoll auszulasten.

Die Richtige Größe ist wichtig

Einen KWK-Boom könnte es eher im Bereich der Mehrfamilienhäuser oder der kleinen Handwerks- und Gastronomiebetriebe geben, wo Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 5 bis 100kW zur Auswahl stehen. Einen guten Überblick bietet für diese Leistungsklasse das Esco Forum im ZVEI. Die Interessenvertretung für KWK und Contracting deckt allerdings auch Leistungsbereiche deutlich über der genannten Obergrenze ab.

Technologisch bietet sich neben den Verbrennungsmotoren in diesem Bereich auch die Mikrogasturbine an. Vereinfacht gesagt ist das der Turbolader, der sich vom Motor emanzipiert hat: Die von der Verdichterturbine komprimierte Luft wird nicht in den Brennraum eines Motors, sondern direkt in eine Misch- und Brennkammer vor der Abgasturbine geleitet. Geschickte Frischluftvorwärmung sorgt dafür, dass die Verbrennung sehr wirtschaftlich ist. Auf der mit bis zu 90.000 U/min drehenden Turbinenwelle sitzt ein Generator zur Stromerzeugung.

Das kann oft in kleineren Industrieanwendungen die geeignete Lösung sein. Dietmar Cordts vom Husumer Kesseltechnik-Experten TIG Group: »Maßgeschneiderte KWK-Anlagen lohnen sich aufgrund der gesetzlichen Zuschüsse oft sogar bei Modernisierung bestehender Anlagen. Viele Unternehmen müssen hierzu lediglich ihre vorhandene Kesselanlage umrüsten. Eine Mikrogasturbine mit Zusatzfeuerung wird ergänzt, um Kraft-Wärme-Kopplung einzusetzen.« Bei einem Dampfkessel (5t/h) mit 8.000 Volllaststunden lässt sich bei Einsatz einer Mikrogasturbine ein Kostenvorteil bis zu 160.000€/a erzielen.

KWK-Gesetz

Attraktive Förderung

Um Bürger und Unternehmen das Thema Klein-BHKW und Micro-KWK schmackhaft zu machen, wurde mit dem jetzt verabschiedeten KWK-G die Vergütung um 0,3ct auf 5,41ct/kWh angehoben. Auch die Förderung von Modernisierungsmaßnahmen soll im Zuge der KWK-Unterstützung erleichtert werden. Zudem wird der Verwaltungsaufwand reduziert, Fördermaßnahmen für BHKW mit weniger als 2kWel zu erlangen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2012