Kraft-Wärme-Kopplung in Wohngebäuden

Verfügbare Geräte: In Ein- und Mehrfamilienhäusern liegt der durchschnittliche Strombedarf (Tages-Grundlast) bei 0,3 bis hin zu einigen Kilowatt, je nach Bewohneranzahl und Stromverbrauchern. Bei der KWK-Geräteklasse, die diesen Leistungsbedarf decken kann, spricht man oft „Nano- BHKW, Mikro-BHKW oder Mini-BHKW“. Klar definierte Leistungsgrenzen zwischen diesen Geräteklassen existieren dabei nicht und variieren je nach Literaturquelle. Im genannten Leistungsbereich existieren verschiedene Herangehensweisen für die technische Umsetzung: Verbrennungsmotor (Gasmotor), Stirlingmotor oder Brennstoffzelle. Alle diese Herangehensweisen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade.  Die Investitionskosten der verfügbaren Geräte liegen zwischen 20.000 und 30.000 EUR (etwas höher bei der Brennstoffzelle). Hierbei ist zu beachten, dass es sich dabei um Listenpreise mit einem pauschalen Zuschlag für Anlieferung, Montage usw. handelt. Vor Durchführung einer konkreten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist daher in jedem Fall ein konkretes Angebot für die Komplettanlage einzuholen. Eine gute Übersicht zu den genannten und weiteren Geräten mit vielen technischen Daten, Erklärung der Funktionsweise und Erfahrungsberichten ist zum Beispiel hier oder hier zu finden: 

Alle verfügbaren Geräte basieren auf der Verwendung fossiler Brennstoffe (Erdgas, Flüssiggas), beim Senertec Dachs ist unter Umständen die Verwendung von Pflanzenöl möglich. Ein Einsatz fester Brennstoffe (wie Holz) ist prinzipiell beim Stirling-Motor denkbar, da hier die Verbrennung außerhalb des Motors stattfindet. 

Der ökologische Vorteil von KWK-Anlagen liegt darin begründet, dass der eingesetzte Energieträger besser genutzt wird als bei der getrennten Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom. So fallen in einem gewöhnlichen Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 40 bis 45 Prozent ungefähr 50 Prozent Abwärme an, welche in der Regel nicht als Fernwärme genutzt wird (Rohrleitungsnetze teuer und nicht vorhanden, weite Entfernungen zwischen Stromerzeuger und Stromverbraucher). BHKW erreichen demgegenüber Gesamtwirkungsgrade um die 90 Prozent (Wirkungsgrade von Strom und Wärme addiert). Es ergibt sich somit ein ökologischer Vorteil gegenüber dem „üblichen Haushaltsmix“ aus Wärmeerzeugung im Heizkessel und fossiler Stromerzeugung. Bei „Stromüberproduktion“ und daraus resultierender Netzeinspeisung können Klein-BHKW im Rahmen eines „Kombikraftwerkes“ ebenfalls zur Netzstromversorgung beitragen. Es existieren jedoch auch verschiedene Argumente, die aus ökologischer Sicht gegen den Einsatz eines BHKW im Mehrfamilienbereich sprechen. So basieren derzeit alle verfügbaren Modelle auf fossilen Energiequellen, der Bezug von Ökostrom bietet dagegen eine Alternative zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, welche aus Klimaschutzgründen grundsätzlich zu bevorzugen ist. Weiterhin ersetzt die für einen wirtschaftliche Nutzung erforderliche ganzjährige – und ebenfalls fossile – Wärmebereitstellung Alternativen auf erneuerbarer Basis, zum Beispiel Solarthermieanlagen zur sommerlichen Warmwassererzeugung in Wohngebäuden.

Der wirtschaftliche Vorteil von KWK-Anlagen liegt in der kostengünstigen Erzeugung von Strom zum Eigenbedarf bzw. zur Einspeisung ins öffentliche Netz. Rechtliche Basis der Stromvergütung ist das „Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz“, nachzulesen zum Beispiel hier. Demnach kann für jede Kilowattstunde selbst erzeugtem Strom ein Zuschlag von 5,11 Cent für 10 Jahre ab Inbetriebnahme in Anspruch genommen werden, egal ob dieser Strom selbst verbraucht oder eingespeist wird. Beim Eigenverbrauch des erzeugten Stroms ergibt sich ein Kostenvorteil gegenüber dem Bezug über das Stromnetz. Dieser ist abhängig vom den Stromgestehungskosten des konkreten BHKW – abhängig von Kapitalkosten, Wartungskosten, Brennstoffkosten usw. In der Literatur wird die Kostenersparnis gegenüber dem Bezug von Haushaltsstrom im Mittel mit 15 bis 17 Cent pro Kilowattstunde angegeben. Zusammen mit dem oben genannten KWK-Zuschlag können also Kostenvorteile von bis zu 20 Cent/kWh erreicht werden. Nachzulesen ist eine solche Rechnung zum Beispiel hier. Bei Stromeinspeisung ins Netz ist der Kostenvorteil deutlich geringer aufgrund relativ geringer Einspeisevergütung (um die 10 Cent/kWh inklusive des obigen Zuschlages, abhängig vom jeweils gültigen Stromhandelspreis). Somit ist die Eigenverwendung des erzeugten Stroms aus wirtschaftlichen Gründen der Netzeinspeisung vorzuziehen. Zu beachten ist, dass gerade bei kleinen Anlagen Wartungs- und Servicekosten relativ hoch liegen können und deshalb in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit beachtet werden müssen.

Hinweise zur Auslegung: Ein BHKW kann nur dann arbeiten, wenn auch eine Wärmenachfrage besteht. Nur dann wird Strom erzeugt, und die oben genannten Wirtschaftlichkeitsvorteile greifen. Im Wohnbereich besteht ein Wärmebedarf ganzjährig in der Regel nur zur Bereitstellung des Warmwassers. Um die Anlage gut auszulasten (5.000 bis 6.000 Betriebsstunden pro Jahr), ist es daher zu empfehlen, die thermische Leistung nach dem Wärmebedarf zur Warmwasserbereitstellung auszulegen. Eine Auslegung nach der erforderlichen Heizlast im Winter würde zu einer sehr großen Anlage führen, welche nur einen geringen Anteil des Jahres (während der Heizzeit) in Betrieb ist. Als erste Abschätzung für die Wärmeleistung des Kraftwerks können 10 bis 20 Prozent der maximalen Wärmeleistung (Norm-Heizlast) angenommen werden. Bei einem Gebäude mit einer Normheizlast von 50 kW entspricht das also einen thermischen Leistung von etwa 5 bis 10 kW.

Geht man von der thermischen Leistung aus, ergibt sich je nach gewähltem Modell eine zugehörige elektrische Leistung. Grundsätzlich ist es so, dass sich die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile der Anlage aus der erzeugten Strommenge ergeben, die elektrische Leistung sollte bei gegebener thermischer Leistung also prinzipiell möglichst hoch sein. In der Regel ist das jedoch mit höheren Investitionskosten verbunden (Extremfall: Brennstoffzelle). Es ist weiterhin zu beachten, dass (wie oben dargelegt) der selbst verbrauchte Strom am vorteilhaftesten für den Betreiber ist. Die durchschnittliche elektrische Grundlast eines mittelgroßen Wohngebäudes beträgt knapp ein Kilowatt, diese Größe kann also als sinnvolle Orientierung für die elektrische Leistung des BHKW gewählt werden.

Eine Kombination von BHKW-Anlagen mit Solarthermie ist nicht sinnvoll, da eine Wärmeabnahme gerade während der Sommermonate erforderlich ist, um das BHKW betreiben zu können und Strom zu produzieren.

Die Energie-Agentur Nordrhein-Westfalen stellt unter diesem Link ein Online-Tool zur Verfügung, mit dem Sie abschätzen können, ob ein Blockheizkraftwerk in Ihrem Gebäude sinnvoll einsetzbar ist.