Mini-BHKW reif für die Insel Insel-Lösung schafft echte Unabhängigkeit und wirtschaftlichen KWK-Betrieb

Gezielte Förderungen, ein einmaliger Investitionszuschuss und Rückerstattungen des Staates für Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW) brachte den Herstellern in den vergangenen Jahren einen regelrechten Absatzboom. Der Stopp der Investitionsförderung Anfang 2010 ließ klassische BHKW-Konzepte unter Druck geraten. Die Vorteile der Einspeisung des KWK-Stroms werden oft durch einen extrem hohen Verwaltungsaufwand und zusätzliche Zähler aufgefressen. Auch die Wirtschaftlichkeit herkömmlicher BHKW-Konzept ist mit der vorhandenen Förderung über das KWK-Gesetz, Energiesteuerrückerstattung, Einspeisevergütung und Netznutzungsentgelt insbesondere bei Kleinstanwendungen oft nicht gegeben. Damit sich die Technologie weiter durchsetzen kann, muss sie auch ohne staatliche Subventionen am Markt konkurrenzfähig sein. Auch um diesem Anspruch gerecht zu werden, haben die Hersteller neue BHKW-Konzepte entwickelt und sich den aktuellen Rahmenbedingungen angepasst.

Netzeinspeisung entfällt
Ein neues Versorgungskonzept verfolgt das sächsische Innovationsunternehmen WätaS mit seiner „Energy Power Station“ (EPS): Das Unternehmen entwickelte ein Mini-Blockheizkraftwerk, das nach eigenem Bekunden auch ohne staatliche Investitionsförderung, ab einem Jahreswärmebedarf von 30.000 bis 60.000 kWh wirtschaftlich betrieben werden kann.
Das Mini-BHKW, „EPS4“ ist mit einem Energiespeicher für Wärme und Strom ausgestattet, sodass es als Insellösung ohne Stromeinspeisung in das öffentliche Stromnetz arbeiten kann. Damit entfallen im Betrieb sowohl große Teile des Verwaltungsaufwands als auch die technischen Herausforderungen des Anschlusses an das Stromnetz.

Rund 30% höhere Primärenergieeffizienz als bei der separaten Erzeugung von Strom und Wärme, bieten Mini-BHKW´s. Trotz entfallener Investitionsförderung kann die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung im Heizungskeller wirtschaftlich betrieben werden.

Das BHKW arbeite mit einem Gesamtwirkungsgrad von 95%, der durch die patentierte Nutzung der Abwärme und die konsequente Betriebsweise im Niedertemperaturbereich erreicht wird. Wasserführende Lamellenwärmetauscher entziehen dem Gehäuse über einen Lüfter die entstandene Motorabwärme. Der Rücklauf kühlt in der gleichen Art und Weise das Gesamtsystem. Zusätzlich entzieht ein Abgaswärmetauscher den ca. 450°C heißen Abgasen die Wärme bis auf eine Temperatur von unter 50°C, die sich zum Heizen verwenden lässt. Der Wärmetauscher ist Abgas-Kondensator und Schalldämpfer zugleich. Ein zusätzlicher Abgas-Wärmetauscher sei nicht erforderlich. Das Mini-BHKW, das auf Basis des luftgekühlten 4-Takt Honda Industriemotors „iGX 440“ ist seit 2009 als Kleinserie auf dem Markt erhältlich. Der Gasmotor mit 438 cm³ Hubraum verfügt über eine elektronische Drehzahlreglung und ist mit seinen kompakten Abmessungen und des integrierten Schalldämpfers besonders für Wohngebäude geeignet.

Leistungsmodulation von 200 W bis 3000 W
Die elektrische Dauerleistung des Mini-BHKW’s beträgt am Ausgang Wechselrichter 3 kW. Dabei werden thermische Energieströme durch Abwärme des Motors, des Generators und des Wechselrichters freigesetzt, die zusammen ca. 10 kW ergeben. Die Angaben zu den Energieströmen beziehen sich auf eine Systemtemperatur von 35°C/65°C. Der Erdgasenergiestrom bezogen auf den Heizwert ergibt den Gasverbrauch von 19,8 kWh. Diese freigesetzten 19,8 kW werden nach dem o.g. Schlüssel in thermische und elektrische Leistung umgesetzt. Es werden vom Gerät: 3 kWel + 17 kWth = 20 kWges abgegeben.

Einblick in das WätaS-Mini-BHKW, das mit seinem Honda-Industriemotor 3 kW elektrische und 17 kW thermische Leistung bringt.

Sofern die elektrische Leistung unter 200 W liegt, bewegt sich die thermische Leistung bei kleinster Motordrehzahl bei rund 8 kW. Ist die Unterschreitung zur eingestellten Puffer-Solltemperatur größer 2 K, so wird die Motordrehzahl angehoben, um die thermische Leistung zu erhöhen.
Der vom Wechselrichter erzeugte Strom wird über eine allpolig trennende Umschaltung im Gerät in das Hausnetz bzw. für einzelne Stromkreise (Summenlast max. 3 kW) zur Verfügung gestellt. Die elektrische Einbindung erfolgt 1 phasig vorzugsweise auf einer Unterverteilung.
Wenn kein Strombedarf sondern ausschließlich eine Heizlast zu decken ist, wird der Strom in einem 220 Ah/24 V-Batteriesatz, der zur Grundausstattung gehört, gespeichert. Für Einfamilienhäuser habe sich diese Speicherkapazität, die einer Kapazität von etwa 3 kWh entspricht, als ausreichend erwiesen. Auf Wunsch können jedoch auch weitere Speicher hinzugefügt werden.

Insel-Betrieb schafft Unabhängigkeit
Was an Strom nicht produziert wird, muss der Anlage nicht an Gas zugeführt werden. Somit arbeitet das BHKW dann als reine Heizung mit einem vertretbaren Wirkungsgrad. Für die Wärmespeicherung kann die EPS einen Pufferspeicher nutzen. Technisch ist auch der Pufferspeicher nicht nötig, da die EPS die Wassertemperatur um 10 K anhebt und so direkt als Heizung fungieren kann. Der Puffer ist daher nur als Energieoptimierung optional erhältlich.

Gezielte Abwärmenutzung – Das Mini-BHKW des sächsischen Herstellers WätaS nutzt die Motorabwärme und kondensiert die Abgase. Der Wirkungsgrad wird mit 95% angegeben.

Eine aufwändige Netzanpassung des erzeugten Stroms entfällt. Dadurch ergeben sich zwei weitere Vorteile beim Betrieb der EPS4. Der Motor kann mit der gespeicherten Energie aus der Batterie gestartet werden. Damit wird das öffentliche Stromnetz im Gegensatz zu anderen Starttechniken nicht benötigt. Durch die Speicherung des nicht benötigten Stroms kann die EPS4 außerdem als Notstromaggregat verwendet werden. Das BHKW ist somit als Insellösung prädes­tiniert, da der erzeugte Strom nicht in das Stromnetz eingespeist, sondern in der direkten Umgebung verbraucht wird. Um die Energiesteuerrückerstattung zu erhalten, ist ein jedoch zweiter Gaszähler notwendig. Beim Einbau der „EPS4“ ist zu beachten, dass der Aufstellraum belüftet sein sollte.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Dass ein Mini-BHKW im Inselbetrieb, wie das der WätaS GmbH auch ohne den ehemaligen Investitionszuschuss noch wirtschaftlich zu betreiben ist, zeigt eine einfache Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Die Rentabilität von Mini-BHKW-Anlagen hängt bekanntlich stark von der Zahl der Vollbenutzungsstunden, das heißt von langen Laufzeiten des Aggregates, ab. Bei angenommenen 5000 Betriebsstunden pro Jahr refinanziert sich die Anlage nach Angaben des Herstellers vor allem aufgrund der geringen Anschaffungskosten von weniger als 12.000 Euro zzgl. MwSt. inklusive Einbau bereits nach kurzer Zeit.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für den Inselbetrieb ohne Netzeinspeisung. Die brennstoffbezogenen Wärmegestehungskosten liegen bei einem Drittel des Gas-Arbeitspreises.

Der anfallende Strom wird im Inselbetrieb selbst genutzt. Wegen des geringeren Erlöses würde mit jeder eingespeisten kWh Strom die Wirtschaftlichkeit verschlechtert. Zudem kämen mit der Netzanbindung weitere Kosten hinzu. Dazu folgendes Berechnungsbeispiel:
Ein realistischer Gaspreis von gegenwärtig 6,71 ct pro kWh wird für den zu berechnenden Leistungsaufwand zu Grunde gelegt. Das vorgestellte Mini-BHKW benötigt 21 kW um daraus 3 kW elektrischer Energie und 17 kW thermische Energie zu erzeugen. So ergeben sich je Betriebsstunde Brennstoffkosten in Höhe von 1,41 Euro. Von diesem Betrag ist die Mineralölsteuer von 0,55 ct pro kWh Gasverbrauch abzuziehen. Für das Beispiel-BHKW bedeutet das eine Rückerstattung von 0,11 Euro je Betriebsstunde. Parallel dazu ist der erzeugte Strom in die Bilanz aufzunehmen. Er kann als Ersparnis durch entfallenen Netzstrombezug betrachtet werden. Bei einem durchschnittlichen Arbeitstarif von 0,25 Euro/kWh und der zusätzlich durch die BAFA gewährten Vergütung für die Eigennutzung des Stroms von 5,11 ct/kWh, ergibt sich daraus eine Ersparnis von 0,90 Euro je Betriebsstunde. Die Stromersparnis ist vom bisher errechneten Preis von 1,29 Euro für die Wärme­energie abzuziehen. Es bleibt ein Betrag von 0,39 Euro übrig. Die Wärmegestehungskosten für eine kWh Nutzwärme (bezogen auf reine Brennstoffkosten) mit der „EPS4“ liegt damit bei 0,023 Euro. Dies entspricht gerade einmal einem Drittel des Preises der ursprünglich für die kWh Gas aufgewendet wurde.

Wärme für ein Drittel des Gaspreises
Vom Ertrag sind die jährlichen Betriebskos­ten abzuziehen. Dazu gehören die Kosten für die Aufwendungen für Bedienung, Überwachung, die Schornsteinfegergebühren, ggf. Versicherungen und die Instandhaltungs– und Wartungskosten. Dieses Betriebsergebnis ist zudem um die Kapitalkosten für die Anschaffung des BHKW, eines Pufferspeichers, den hydraulischem Umbau der Anlage zu mindern. Hinzu können Kosten für den Umbau einer Abgasanlage oder eines Belüftungssystems kommen.

Platzsparende Installation – Zur Optimierung des Betriebes können optional strom- und wärmeseitig Speicherkapazitäten erweitert werden.

Gerade die Möglichkeit, über die beiden mitgelieferten Speicher, zeitversetzt die Energie zu nutzen, trägt zu einem wesentlichen Teil zur Unabhängigkeit dieser dezentralen Versorgungslösung bei.
Das sächsische Unternehmen bietet regelmäßig Schulungen zur Installation und Wartung der Anlagen in ihren Produktionsstätten an. Zur einmal jährlich empfohlenen Wartung der Anlage wird von WätaS optional ein komplettes Servicepaket, das alle Leistungen von den Ersatzteilen bis zur Reparatur enthält, angeboten. Die Wartungskosten betragen nach Angaben des Herstellers 3,8Ct pro kWh.

Bilder: WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH, Olbernhau

www.wätas.de