Doppelter Ertrag

Die dezentrale Stromerzeugung gewinnt insbesondere in Hinblick auf die Energiewende und die damit verbundene Abschaltung von Kohle- und Kernkraftwerken mehr und mehr an Bedeutung. So bieten Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) nicht nur einen Nutzungsgrad von bis zu 95 %, sie könnten sich auch als wichtige Ergänzung zur zentralen Energieversorgung etablieren.

KWK-Anlagen werden für nahezu jedes Einsatzfeld angeboten. Ist ein Gasanschluss vorhanden, eignen sich nicht nur Gewerbeobjekte und kommunale Einrichtungen für den Einbau der Technologie, auch Bestandsgebäude lassen sich problemlos damit ausrüsten. Die Gebäudeinfrastruktur kann dabei bestehen bleiben. Auch ist es möglich, KWK-Anlagen mit einer PV-Anlage und einem Stromspeicher zu kombinieren. Es kann also wirtschaftlich sein, alte Kesselanlagen gegen strom- und wärmeerzeugende KWK-Anlagen auszutauschen. Allerdings beeinflussen Parameter, etwa der Energiebedarf oder der Energiepreis, die Wirtschaftlichkeit. Deshalb muss der Einbau einer Anlage sehr genau geplant werden.

Von ganz klein bis ganz groß
Hersteller bieten vielfältige Modellvarianten und Leistungsklassen an. Aber auch die Form der Energieerzeugung variiert. So bietet Ökofen mit „MyEnergy365“ ein Komplettsystem an, das sich aus dem Pelletkessel „Pellematic Condens_e“ mit integriertem Stirlingmotor, einem Batteriespeicher und einer PV-Anlage zusammensetzt. Mit einer thermischen Leistung von 16 kW und einer elektrischen von 1 kW ist die Anlage auf den Strom- und Wärmebedarf eines Ein- bis Zweifamilienhaus zugeschnitten. Der 50 Hz wechselstromproduzierende Stirlingmotor ist auf 50 000 Betriebsstunden ausgelegt. Das lässt sich bei bis zu 2500 Vollbenutzungsstunden jährlich mit einer Lebensdauer von bis zu 30 Jahren übersetzen. Mit dem separaten Pufferspeicher (1000 l Volumen) lässt sich der Strom-Grundbedarf an das Gebäude anpassen und die Laufzeiten des Stirlingmotors optimieren. Das Energiemanagement „Pelletronic“ verknüpft eine Vielzahl an Daten wie etwa den aktuellen Strombedarf, den Batterieladestand, die Wetterprognosen und die Nutzergewohnheiten, um die verfügbare Energie entsprechend zu kanalisieren. Ist die Batterie vollständig geladen und steht überschüssiger Strom bei gleichzeitig hohem Wärmebedarf zur Verfügung, unterstützt ein E-Heizstab die Pelletheizung.
Andere Hersteller setzen auf den Prozess der sogenannten kalten Verbrennung. Brennstoffzellen erzeugen hier Wärme und Strom durch eine elektrochemische Reaktion. In einem vorgelagerten Prozess wird dazu Erdgas in Wasserstoff umgewandelt und in der Brennstoffzelle in positiv geladene Protonen und negativ geladene Elektronen aufgespalten. Der Fluss der freien Elektronen generiert elektrischen Strom. Die dabei entstehende Wärmeenergie lässt sich für das Gebäude nutzen, wobei ein zusätzlicher Gas-Brennwertkessel für Spitzenlasten notwendig ist.
Auch das Brennstoffzellenheizgerät „Dachs 0.8“ mit einer elektrischen Leis­tung von 750 W und einer thermischen von 1,1 kW von Senertec bietet sich zur Deckung von Strom- und Wärmebedarf im klassischen Ein- bis Zweifamilienhaus an. Ein Spitzenlastkessel (Gas-Brennwert) ist integriert. Für größere Objekte mit über den Tag verteilt hohem Warmwasserbedarf bietet der Hersteller die mit einem Pufferspeicher ausgestattete Anlage „Dachs G2.9“ an. Das System bietet 2,85 kW elektrische Leistung und 7,0 kW thermische Leistung. Die Anlage lässt sich mit einem Spitzenlast-Brennwertgerät kombinieren.
Für die Strom- und Wärmeversorgung von Eigenheimen mit mittleren bis gro­ßen Flächen, wo eventuell zudem ein eigenes Schwimmbad unterhalten wird und somit höherer Wärmebedarf besteht, hat Remeha das Brennstoffzellenheizsystem „eLecta 300“ im Programm. Das Heizsys­tem setzt sich aus einem Brennstoffzellenmodul mit 700 W elektrischer Leis­tung, einem 300-l-Pufferspeicher und einem Vormontagesystem zusammen. Im Vormontagesystem sind ein Brennwert-Spitzenlastkessel und ein Hydraulikmodul integriert. Die Wärmenennleistung liegt zwischen 5,2 – 21,8 kW.  
Andere Brennstoffzellengeräte können den Strombedarf kleinerer Gewerbebetriebe ab 10 000 kWh abdecken. Solidpower bietet dazu das System „BlueGen BG-15“ mit bis zu 1,5 kW elektrischer und bis zu 0,85 kW thermischer Leis­tung an. Die Anlage produziert mittels SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)-Technologie bis zu 13 000 kWh Strom pro Jahr. Diese Brennstoffzellentechnologie produziert hauptsächlich elektrische Energie. Mit der anfallenden Wärme lässt sich jedes angeschlossene Heiz- und Warmwasserbereitungssystem unterstützen.
Für den mittleren Leistungsbereich, etwa für Mehrfamilienhäuser, Hotels, Schulen oder Verwaltungsgebäude, eignen sich gasbetriebene Blockheizkraftwerke (BHKWs) ab einer Leistung von 5 kW elektrischer Leistung. Die Anlagen, deren Komponenten in einem Modul (Block) zusammengefasst sind, produzieren Strom und Wärme durch den Brennstoffeinsatz von Gas. Die von Wolf Powersystems angebotenen BHKWs decken einen Bereich von 50 kW bis 2000 kW ab. Die Anlagen sind auf die individuellen Anforderungen beispielsweise von Industrie- und Gewerbeobjekten, Kläranlagen, landwirtschaftlichen Betrieben, Rechenzentren und Krankenhäusern abgestimmt. Das Blockheizkraftwerk „GTK 50“ mit Brennwert-Wärmeübertrager liefert eine elektrische Leistung von 50 kW – 54 kW und eine thermische von ca. 92 kW. Zudem wird die komplementäre Strom- und Wärmeerzeugungsmaschine in der Regel in Kombination mit einem Pufferspeicher installiert. Das Gerät lässt sich mit Erdgas, Klärgas, Biogas oder Flüssiggas betreiben.

Alternative Nutzung
Derzeit wird der mit einer KWK-Anlage erzeugte Strom primär im eigenen Gebäude genutzt und ggf. ins öffentliche Netz eingespeist. Fallen Überschussmengen an Strom an, lassen sich aber auch Elektromobile laden.
Für die Nutzung überschüssiger Wärme bietet sich hingegen die sogenannte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) an. Hierzu werden KWK-Anlagen mit Absorptionskälteanlagen kombiniert und Wärme in Kälte umgewandelt. Neben einer gewerblichen Nutzung der Kälte wie beispielsweise in Brauereien oder Metzgereien besteht auch die Möglichkeit, Gebäude während der Sommermonate zu kühlen.

Gewusst wie
Um das Heizungshandwerk für die fachgerechte Installation und Wartung der KWK-Anlagen zu qualifizieren, bieten Hersteller umfangreiche Schulungen an. Bei einigen Anbietern, etwa Ökofen und Bosch Thermotechnik, erfolgt die Inbetriebnahme durch eigenes Personal. Ist eine Anlage installiert, kann der Betreiber sich die Strom- und Wärme-Anlagenparameter z. B. auf dem Smartphone oder dem Tablet ansehen und gegebenenfalls Einstellungen vornehmen.
Um die Betriebsfähigkeit einer Anlage zu erhalten, ist eine regelmäßige Wartung unabdingbar. Während Brennstoffzellen mit einem relativ geringen Wartungsaufwand auskommen, sieht es bei einem BHKW anders aus. Etwa 90 % des Aufwandes entfallen dabei auf den Gasmotor. Bewegliche Teile, Motoröl, Zündkerzen und Filter sind regelmäßig auszutauschen. Will ein Nutzer staatliche Förderzuschüsse über das KfW-Programm „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ (KfW 433) erhalten, ist er verpflichtet, einen Vollwartungsvertrag mit einer Mindestlaufzeit von zehn Jahren abzuschließen.

Fazit
Experten sehen in der Kraft-Wärme-Kopplung einen wesentlichen Baustein für die autarke Energieversorgung. Schließlich bietet sie als Basistechnologie mit langen Laufzeiten die Möglichkeit, die Grundlast von Wärme und Strom abzudecken. Spitzen lassen sich mit klassischen Gasbrennwertkesseln hinzufahren. Manch einem Verbraucher sind die Vorteile der KWK nicht vertraut. Deshalb muss die gesamte Branche daran arbeiten, den Bekanntheitsgrad dieser Technologie zu erhöhen.

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin

www.bdh-koeln.de

www.buderus.de

www.oekofen.de

www.remeha.de

www.senertec.de

www.solidpower.com

www.wolf.eu