Kleine Hauskraftwerke auf dem Weg in den Markt

Schon seit einigen Jahren haben verschiedene Hersteller und Anbieter kleine, stromerzeugende Heizungen im Programm. In 2014 wurden laut BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) rund 1200 Anlagen mit einer elektrischen Leistung von weniger als 2 kW verbaut. Ein zugegeben kleines, sich entwickelndes Marktsegment. Der Artikel stellt die im Markt verfügbaren Technologien vor und beleuchtet die aktuellen Entwicklungen.

Eckdaten zu KWK-Anlagen
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) mit einer elektrischen Leistung von weniger als 2 kW werden auch als „stromerzeugende Heizungen“ bezeichnet. Nahezu jeder namhafte Hersteller von Wärmeerzeugern bietet Geräte in diesem Marktsegment an. Dabei handelt es sich um Aggregate auf Basis von Verbrennungs-, Stirling- oder Dampfkolbenmotoren sowie um Geräte mit Brennstoffzellen. Alle sollen sie geeignet sein, anspruchsvolle Ein- und Mehrfamilienhäuser oder kleine Gewerbebetriebe mit Strom und Wärme zu versorgen. Bei einer elektrischen Leistung von durchschnittlich 1kW ist eine vollständige Stromversorgung des Gebäudes nicht möglich. Jedoch kann der Stromverbrauch über den Energieversorger nennenswert durch diese Geräte gesenkt werden.
Hersteller von stromerzeugenden Heizungen verfolgen unterschiedliche Strategien. Die einen, deren Geräte mit Verbrennungsmotoren arbeiten, setzen auf getrennte Komponenten. Dabei wird der erdgasbetriebene Verbrennungsmotor separat von der Heiztechnik eingesetzt. Die Wärmeauskopplung erfolgt entweder direkt oder über ein Wärmeauskopplungsmodul zur Systemtrennung in einen Pufferspeicher. Der Pufferspeicher dient nicht nur der Bereitstellung von Wärme für die Heizung und die Trinkwarmwasserbereitung (z.B. über eine Frischwasserstation), sondern auch als hydraulische Weiche zur Abstimmung der unterschiedlichen Volumenströme in dem komplexen, hydraulischen System. Die Firmen Kirsch und Vaillant setzen in diesem Marktsegment auf dieses Konzept.
Generell reichen die thermischen Leistungen der KWK-Aggregate nicht zur Deckung des üblichen Wärmebedarfs eines Gebäudes oder eines Gewerbebetriebs aus. Es ist immer ein zusätzlicher Wärmeerzeuger, i.d.R. ein Brennwertgerät, zur Deckung des restlichen Wärmebedarfs notwendig. Bei Systemen mit Verbrennungsmotor wird dieser Wärmeerzeuger als separates Gerät über den Pufferspeicher hydraulisch in das Gesamtsystem eingebunden.
Grundsätzlich anders ist das Konzept von KWK-Aggregaten mit Stirlingmotoren. Hier sind Stirlinggenerator und Spitzenlastwärmeerzeuger in einem Gerät integriert. Das macht diese Form der Kraft-Wärme-Kopplung sehr kompakt. Geräte dieser Art sind kaum größer als konventionelle Brennwertgeräte. Auch sie werden über einen Pufferspeicher an das Heiz- und Trinkwarmwassersystem angebunden. Stromerzeugende Heizungen mit Stirlinggeneratoren werden von den Firmen Brötje, Remeha, Senertec und Viessmann angeboten.

Zwei mögliche Energieträger
Stromerzeugende Heizungen werden derzeit nur für den Energieträger Erdgas angeboten. Anlagen mit Verbrennungsmotoren arbeiten nach dem von Otto entwickelten Viertakt-Prinzip. Es handelt sich also um eine interne Verbrennung im Motor. Die Motoren sind auf einen speziellen Brennstoff (hier Erdgas) abgestimmt.
Auch Anlagen mit Stirlingmotoren werden derzeit nur für den Energieträger Erdgas angeboten. Anders als ein Ottomotor beruht das Prinzip des Stirlingmotors auf unterschiedlichen Temperaturen. Auf der „heißen“ Seite beträgt die Temperatur rund 500°C. Sie wird über einen Erdgasbrenner erzeugt. Die Kühlung der „kalten“ Seite erfolgt durch das Wasser der Heizungsanlage. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer externen Verbrennung. Grundsätzlich sind aber auch andere Konstruktionen möglich, die den Einsatz eines beliebigen Brennstoffs ermöglichen. So führt z.B. der Pelletkesselhersteller Ökofen Feldtests mit einer stromerzeugenden Heizung nach dem Stirlingprinzip und dem Energieträger Holzpellets durch.
Die Firma lion energy geht mit seinem lion-Powerblock einen komplett anderen Weg. Sein dampfgetriebener Lineargenerator wird mit Erdgas betrieben und kann mit einer elektrischen Leistung von 0,3 bis 2 kW modulieren.
Gänzlich ohne Verbrennung kommen Brennstoffzellen-Heizgeräte aus. Brennstoffzellen gewinnen Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff. Erdgas besteht zum größten Teil aus Methan (CH4). In einem Reformer wird der im Erdgas enthaltene Wasserstoff (H) abgespalten und der eigentlichen Brennstoffzelle zugeführt. Dieser direkte Umwandlungsprozess führt zu den höchsten elektrischen Wirkungsgraden aller KWK-Technologien. Teilweise produzieren Brennstoffzellen-Heizgeräte mehr Strom als Wärme. Das erfordert ein Umdenken bei Planung und Dimensionierung. Brennstoffzellen-Heizgeräte befinden sich bei einigen Herstellern in der Entwicklung oder in Feldtests, z.B. Bosch Thermotechnik mit der Marke Buderus. Ceramic Fuel Cells, elcore und Viessmann bieten serienreife Geräte an.
Eine Übersicht der im Markt verfügbaren KWK-Aggregate (nicht nur in diesem kleinen Leistungsbereich) gibt die neueste Datenerhebung der „Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.“ (ASUE). Sie ist in der Broschüre „BHKW-Kenndaten 2014/2015; Module, Anbieter, Kosten“ erschienen.

Eine Frage des Geldes
Die Kosten für ein KWK-System im betrachteten Leistungssegment bis 2 kWel liegen deutlich über denen einer konventionellen Heizungsanlage mit Brennwertgeräten. Jedoch sind sie auch nicht miteinander vergleichbar, weil Brennwertgeräte keinen Strom erzeugen. Diese Tatsache muss bei einem Vergleich der Heizsysteme in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt werden. Aber auch dann wird sich die Wirtschaftlichkeit einer Investition in ein solches System derzeit noch schwer darstellen lassen. Zur Unterstützung und Weiterentwicklung der stromerzeugenden Heizung hin zu einem Standardprodukt, vergleichbar mit der Brennwerttechnik heute, wird die Technologie von unterschiedlichen Förderungen flankiert.
Die Vergütungen für Strom aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen werden im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) geregelt. Die letzte Anpassung des Gesetzes erfolgte im Jahr 2012. Durch die Anpassung der Vergütungssätze sollte der Anteil des Stroms aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen bis 2020 auf 25% erhöht werden. Heute liegt dieser Anteil im Bundesdurchschnitt bei rund 17%¹).
Bei der Bewertung des in einer KWK-Anlage selbsterzeugten Stroms muss unterschieden werden, ob der Strom selbst (also im eigenen Gebäude) genutzt oder in das öffentliche Netz eingespeist wird. Bild 1 zeigt beispielhaft den Wert des ins öffentliche Netz eingespeisten sowie den Wert des selbst genutzten Stroms. Der ins öffentliche Netz eingespeiste Strom setzt sich folgendermaßen zusammen:

• KWK-Zuschlag (5,41 Cent pro kWh),
• üblicher Preis (mittlerer „Baseload“-Preis des letzten Quartals an der Leipziger Strombörse, derzeit 3,482 Cent pro kWh),
• die vermiedenen Netznutzungsentgelten (vermiedene Kosten für nicht genutzte, vorgelagerte Netzebenen; sie ist abhängig vom lokalen Netzbetreiber, z.B. 0,5 Cent pro kWh).

Damit ist der ins Netz eingespeiste Strom in diesem Fall 9,392 Cent pro kWh wert.
Demgegenüber ist der selbst genutzte Strom mit 33,41 Cent pro kWh deutlich wertvoller. Zu dem Zuschlag für den KWK-Strom (5,41 Cent pro kWh) muss auch noch der Wert des Stroms hinzugerechnet werden, der nicht eingekauft werden muss. Dieser Strompreis lag für Letztverbraucher im Jahr 2014 bei rund 28 Cent pro kWh²). Folglich sollte der erzeugte Strom möglichst im eigenem Haus oder Betrieb verbraucht werden.
Für stromerzeugende Heizungen, also KWK bis zu einer elektrischen Leistung von 2 kW, und Brennstoffzellen kann der gesamte KWK-Zuschlag für 30000 Vollbenutzungsstunden optional pauschaliert als Vorabzahlung mit dem Netzbetreiber abgerechnet werden. Dies muss innerhalb von 2 Monaten nach Antragstellung erfolgen. Auf KWK-Anlagen mit einer Leistung von weniger als 2 kW elektrischer Leistung und einer Stromproduktion von weniger als 10000 kWh pro Jahr entfällt auch keine EEG-Umlage³) für den selbsterzeugten und genutzten Strom.
Eine Studie⁴⁾ im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie hat gezeigt, dass das Ziel der Nettostromerzeugung von 25% in KWK-Anlagen im Jahr 2020 nicht erreicht werden wird. Um dem entgegenzusteuern, ist in der zweiten Jahreshälfte 2015 mit einer Neujustierung des KWKG zu rechnen.

Förderungen von Bund, Ländern und Versorgern
Der Bund fördert KWK-Anlagen bis 20 kWel mit einem Zuschussprogramm, das vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle umgesetzt wird. Die Konditionen wurden in diesem Jahr angepasst. Tabelle 1 zeigt die Fördersätze. Dabei errechnet sich der Förderbetrag kumuliert über die Leistungsstufen. Wie dies funktioniert, zeigt das Beispiel in der Tabelle 2 für eine KWK-Anlage mit 12 kW elektrischer Leistung.
Mit dem Jahreswechsel 2014/2015 wurde neu ein Wärmeeffizienzbonus eingeführt. Der Bonus wird für Mini-KWK-Anlagen gewährt, die mit einem (zweiten) Abgaswärmeübertrager zur Brennwertnutzung ausgestattet und an ein hydraulisch abgeglichenes Heizungssystem angeschlossen sind. Der Wärmeeffizienzbonus beträgt 25% der Basisförderung (Tabelle 1).
Zusätzlich wurde ein Stromeffizienzbonus eingeführt. Der Bonus wird für Anlagen mit einem besonders hohen elektrischen Wirkungsgrad gemäß Tabelle 3 gewährt.
Selbstverständlich ist die Förderung des BAFA an weitere Bedingungen geknüpft. Die Anforderungen können auf der Internetseite des BAFA abgerufen werden. Auf der gleichen Seite kann eine Liste der förderfähigen Anlagen eingesehen werden. Diese Liste stellt eine gute Markt­übersicht für KWK-Aggregate bis zu einer Leistung von 20 kW dar. Flankiert werden diese Zuschussprogramme durch zinsgünstige Kredite der KfW und der Landesbanken.
Auch manche Bundesländer fördern den Einsatz von KWK. So hat beispielsweise Nordrhein-Westfalen das Förderprogramm „progres.NRW“ aufgelegt. Die Konditionen für private Nutzer stehen in Tabelle 4. Für Unternehmen, die KWK in NRW nutzen wollen, gibt es ein spezielles Zuschussprogramm, dass KWK-Anlagen bis zu einer elektrischen Leistung von 50 kW fördert. Die Konditionen können auf der Internetseite www.foerdernavi.de der Energieagentur NRW abgerufen werden. Weiterhin gibt es in NRW eine Kampagne, die alle Aktivitäten rund um die KWK bündeln soll. Mehr dazu unter www.kwk-für-nrw.de.
Der Brennstoffbedarf von KWK-Anlagen ist von der Energiesteuer befreit. Dabei darf aber nur der Anteil des Brennstoffs zum Betrieb des KWK-Aggregats angesetzt werden. Der Brennstoffbedarf des Spitzenlastkessels ist nicht von der Energiesteuer befreit. Zur Abrechnung wird ein Zwischenzähler oder eine andere Messvorrichtung benötigt. Dies ist besonders bei Geräten problematisch, in denen das KWK-Aggregat und der Spitzenlastkessel in einem Gehäuse untergebracht sind. Davon betroffene Hersteller können jedoch Lösungen in ihrer Regelungstechnik realisieren, die eine Trennung der Brennstoffanteile möglich machen. Die Energiesteuerrückerstattung erfolgt jährlich über das Zollamt. Die Beträge sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Die Abwicklung von Förderanträgen, die Zulassung beim Stromnetzbetreiber und die steuerliche Behandlung von strom­erzeugenden Heizungen ist derzeit recht komplex. Zur Unterstützung hat die Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE) den „Leitfaden zur Anmeldung & steuerlichen Behandlung von Mikro-BHKWs bis 5 kW“ herausgebracht. Er erläutert ausführlich alle Schritte von der Planung bis zum Betrieb, die technische Einbindung sowie die steuerliche Behandlung einer solchen KWK-Anlage. Die Broschüre kann kostenlos von den Internetseiten der ASUE (www.asue.de) heruntergeladen werden.

Fazit
Kleine KWK-Geräte und stromerzeugende Heizungen sind auf dem Markt verfügbar. Es gilt nun, diese in größerer Stückzahl zu installieren, damit die derzeit noch hohen Preise durch Skaleneffekte sinken. Dies erfordert den Abbau von Hindernissen bei der Zulassung und dem Anschluss an das Stromnetz.
Soll die Installation und der Betrieb einer stromerzeugenden Heizung so einfach sein wie heute die Installation eines Brennwertgerätes, ist noch einiges zu tun. Das betrifft auch den Bereich der Weiterbildung der potenziellen Installateure. Denn was sind Kleinst-KWK-Anlagen anderes als wörtlich genommen „Heizungsanlagen, die nebenbei noch Strom erzeugen“?

Autor: Peter Lückerath, Energie-Agentur NRW

¹) Quelle: Statista, www.statista.com, abgerufen 1.2.2015
²) Quelle: Verivox, www.verivox.de, abgerufen am 1.2.2015
³) Erneuerbare-Energien-Gesetz, §61 EEG-Umlage für Letztverbraucher und Eigenversorger; 30% der EEG-Umlage in 2015, 35% in 2016 und 40% ab 2017
⁴⁾ „Potenzial- und Kosten-Nutzen-Analyse zu den Einsatzmöglichkeiten von Kraft-Wärme-Kopplung (Umsetzung der EU-Energieeffizienzrichtlinie) sowie Evaluierung des KWKG im Jahr 2014“, Prognos, Fraunhofer IFAM, IREES und BHKW-Consult, Berlin, 1. Oktober 2014