Zentrale und dezentrale Energieversorgung gehen Hand in Hand – BHKW und Gas-Brennwertgerät: In einem Pilotprojekt mit 50 Anlagen soll ein neuer Weg in der Bereitstellung von Strom und Wärme untersucht werden

Mikro-KWK-Systeme sind dabei besonders für den Modernisierungsmarkt geeignet – allerdings bleibt die Verbreitung bisher hinter den Erwartungen zurück. Hier hat der Energieversorger RWE jetzt mit „HomePower“ ein Konzept vorgestellt, das wirtschaftliche Angebotsmodelle für Hauseigentümer mit einem Beitrag zur Energiewende verbindet.

Umgestaltung der Stromversorgung
Mit dem Einsatz von KWK-Anlagen können zwei wesentliche Herausforderungen der Energiewende gleichermaßen angegangen werden. Zunächst ist hier die Umgestaltung der Stromversorgung zu nennen. Der Anteil von regenerativem Strom an der gesamten Erzeugung soll bis 2020 von derzeit 17 auf 35% und bis 2050 auf 50% steigen. Auf der Netzseite geht es dabei vor allem um die zunehmende Integration von volatilem (schwankendem) Ökostrom aus Windkraft- und PV-Anlagen. Dieser muss transportiert, gespeichert und flexibel ergänzt werden.
Bereits 2010 hat das nominelle Wind- und PV-Stromangebot eine Kapazität von etwa 45 GW erreicht – bis 2020 sollen es bis zu 90 GW werden. Bedenkt man, dass der Strombedarf am Wochenende derzeit in Deutschland bei ca. 35 GW liegt, wird deutlich, wie wichtig es für die Netzstabilität ist, hier ausreichend positive und negative Regelenergie zur Verfügung zu stellen.

Auflösung des Modernisierungsstaus
Die zweite große Herausforderung ist die Auflösung des Modernisierungsstaus in den Heizungskellern. Mit etwa 40% hat der gesamte Wärmesektor den größten Anteil am Endenergieverbrauch. Gleichzeitig sind nur ein Viertel der knapp 17,8 Mio. Heizungsanlagen nach heutigem Stand der Technik als effizient zu bewerten oder werden mit regenerativen Energieträgern betrieben. Die jährliche Modernisierungsquote liegt hier lediglich bei 3%. Um die Energieeinspar- und Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen, wäre nach Einschätzung der Branchenverbände wenigstens eine Verdoppelung erforderlich.
Obwohl die Kraft-Wärme-Kopplung ein wichtiger Baustein für die Energiewende ist – ihr Anteil an der Stromversorgung soll laut Bundesregierung bis 2020 auf 25% erhöht werden – gibt es bisher im kleinen Leistungsbereich nur wenige Ansätze, die Lösungen für die oben genannten Herausforderungen versprechen. Die Ursachen hierfür sind vor allem struktureller Natur. Dem verbreiteten Einsatz im Heizungskeller stehen (noch) vergleichsweise hohe Investitionskosten entgegen. Ein wirtschaftlicher Betrieb lässt sich daher oftmals nur schwierig darstellen.

Gleichzeitig wird in Zukunft durch die weiter steigende regenerative Leistung im Strommarkt eine zusätzliche Aufgabe auf die Kraft-Wärme-Kopplung zukommen: Die nach dem KWK-Gesetz garantierte Einspeisevergütung sorgt auf der Stromseite dafür, dass sich die Betreiber nicht darum kümmern müssen, ob ihr selbst erzeugter Strom auch tatsächlich im Netz gebraucht wird. Deshalb wird in der Regel Strom erzeugt, wenn der Wärmebedarf im Objekt hoch ist – unabhängig davon, wie hoch zu diesem Zeitpunkt z.B. das Ökostromangebot im Netz bereits ist.

Frischer Wind im Mikro-KWK-Markt
Angesichts der Anforderungen der ökologischen Energiewende hat die RWE Effizienz GmbH ein neuartiges Konzept für die dezentrale Energieversorgung mit kleinen KWK-Anlagen entwickelt. Das Mikro-KWK-System „HomePower“ soll die Kraft-Wärme-Kopplung für private Eigentümer von großen Ein- und Zweifamilienhäusern, kleinen Mehrfamilienhäusern und Gewerbebetrieben attraktiv machen und gleichzeitig Regelenergie für das Netz bereitstellen. Dabei zielt das Unternehmen vor allem auf den Einsatz im Gebäudebestand.
Die im Vergleich zu Neubauten hohen Energieverbräuche und Systemtemperaturen bieten hier ein großes, bisher weitgehend ungenutztes Potenzial für den Betrieb kleiner, dezentraler Kraftwerke. Der Einsatz ist zunächst für Bestandsgebäude mit einem Gasverbrauch ab 60000 kWh/a vorgesehen. Einen besonderen Anreiz für die Modernisierung der Heizung soll dabei ein Contracting-Modell liefern, bei dem sich die Hauseigentümer nur mit einem geringen Investitionszuschuss beteiligen.

Systemlösung für Strom und Wärme
Kooperationspartner für die KWK- und Heizungstechnik ist Vaillant. Zentraler Bestandteil des „HomePower“-Systems ist dabei ein modulierendes BHKW mit der Bezeichnung „ecoPOWER 4.7“. Mit einer Leistung im Bereich von 1,5 bis 4,7 kW elektrisch und von 4,7 bis 12,5 kW thermisch arbeiten die Anlagen bereits seit über 10 Jahren im Markt. Abhängig vom Wärmebedarf des Gebäudes wird das System weiterhin um ein Gas-Brennwert-Heizgerät vom Typ „ecoTEC plus“ zur Spitzenlastabdeckung ergänzt. Ein 850-l-Multifunktionsspeicher ermöglicht darüber hinaus den optimierten Betrieb des ­BHKWs. Gleichzeitig verfügt der Speicher auch über einen innen liegenden Wärmeübertrager zur Trinkwassererwärmung im Durchlaufprinzip. Später sollen auch kleinere Mikro-KWK Anlagen speziell für Einfamilienhäuser folgen.

Energiemanagement überwacht Anlage
Das neue KWK-Konzept soll die Vorteile dezentraler und zentraler Energieversorgung in einer Systemlösung vereinen. Dabei geht es zunächst um eine lokale Betriebsoptimierung für den Kunden, bei der die Anlage dezentral strom- und wärmegeführt betrieben wird. Ortsnetzdienstleis­tungen und die spätere Bündelung der Mikro-KWK-Systeme ermöglichen es dann auch, das zunehmend regenerative Stromangebot im Netz zu berücksichtigen. Dabei soll jedoch der ökonomisch und ökologisch optimierte Betrieb im Sinne des Kunden jederzeit im Vordergrund stehen.
Um dieses Energiemanagement umzusetzen, hat die RWE Effizienz GmbH gemeinsam mit der Fraunhofer Gesellschaft Duisburg eine eigene Regelung – die „ControlBox“ – entwickelt. Die für eine optimale Bereitstellung von Strom und Wärme notwendigen Regelstrategien wurden im Laufe des letzten Jahres mithilfe einer Versuchsanlage im Fraunhofer „inHaus 2“ weiter verfeinert.
Das Ziel war es dabei, zunächst eine höhere Eigennutzung des KWK-Stroms als bei konventionellem Betrieb zu erreichen. Zu diesem Zweck erfasst das System die zeitlichen Strom- und Wärmeverbräuche im Gebäude und synchronisiert durch das vergleichsweise große Puffervolumen im Speicher die Laufzeiten des ­BHKWs. So kann zu Spitzenverbrauchszeiten im Haus auch dann Strom produziert werden, wenn kein direkter Wärmebedarf vorliegt, indem die Überschusswärme in den Speicher eingekoppelt wird. Stromspitzen, die nicht aus der Mikro-KWK-Anlage gedeckt werden können, werden durch den Bezug von Ökostrom ergänzt. Insgesamt lässt sich auf diese Weise der Primärenergieverbrauch eines Gebäudes um mehr als ein Drittel verringern und der CO2-Ausstoß um bis zu 50% zu reduzieren.
Als weiteren Baustein des von RWE neu entwickelten Energiemanagements werden die Mikro-KWK Systeme auch Netzdienstleistungen zur Verfügung stellen können. So werden beispielsweise Schwankungen der elektrischen Spannung im Niederspannungsnetz ausgeglichen, die durch die wetterbasierte Einspeisung aus PV- und Windenergieanlagen hervorgerufen werden.
Als dritter Schritt folgt die Bündelung von Anlagen zur Stromeinspeisung im Rahmen eines virtuellen Kraftwerks und die Wärmespeicherung und Nutzung überschüssigen Ökostroms mittels eines im Pufferspeicher integrierten Heizstabs. Dieser Heizstab wird nur genutzt, wenn dies für den Kunden auch energetisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Als Bewertungsgrundlage dienen der Regelung hierfür aktuelle Informationen über Strom­angebot im Netz sowie der zu erwartende Ener­giebedarf im Objekt.
Um dabei maximale Transparenz zu gewährleisten, kann der Kunde jederzeit über das Internet auf ein Visualisierungstool zugreifen und sich sowohl den eigenen Energieverbrauch und somit sein Verbrauchsverhalten als auch Leistungsdaten des Mikro-KWK Systems anzeigen lassen.

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Pilotprojekt: Sanierung eines Vierfamilien-Hauses
Nach der Vorstellung des Mikro-KWK-Systems „HomePower“ im November 2011 will der Energieversorger zunächst 50 Anlagen in Nordrhein-Westfalen realisieren. Eines der ersten Objekte, die bereits in Betrieb gegangen sind, ist ein Vierfamilien-Haus aus dem Baujahr 1964 im Süden des Ruhrgebiets. Der neue Eigentümer entschloss sich zu einer vollständigen Sanierung des 360 m² großen Gebäudes. Im Zuge dessen sollte auch der alte, ölbetriebene Niedertemperatur-Gebläsekessel gegen eine moderne KWK-Anlage ausgetauscht werden.
Angesichts des hohen organisatorischen Aufwandes der Komplettsanierung war konzeptionelle Gesamtansatz des „HomePower“-Systems für den Bauherrn besonders attraktiv. Nach der Entscheidung für das Modell Betriebsoptimierung haben sich RWE und der zuständige Fachhandwerksbetrieb Gustav Müller GmbH aus Düsseldorf gemeinsam um alle weiteren Schritte gekümmert.
Angesichts eines Nutz-Wärmebedarfs von 55000 kWh/a wurde zusammen mit dem BHKW ein ergänzendes Gas-Brennwert-Heizgerät mit einer Leistung von 30 kW eingesetzt. Die Planung und Auslegung wurde auf Grundlage eines gemeinsamen Vor-Ort-Termins aller Beteiligten partnerschaftlich durchgeführt. Hierfür wurde zudem ein standardisierter Leis­tungskatalog erarbeitet, der mit optionalen Komponenten an das jeweilige Objekt angepasst werden kann. „Wenn RWE mit einem Projekt auf uns zukommt, haben wir damit das fertige Angebot quasi schon in der Schublade“, erläutert Michael Newerla, Geschäftsführer der Gustav Müller GmbH. „Dieses geht dann je nach Geschäftsmodell entweder an den Energieversorger oder direkt an den Kunden.“
In dem Vierfamilien-Haus geht der Ener­gieversorger von einer BHKW-Laufzeit von etwa 4750 Stunden im Jahr aus. Dabei werden 43750 kWh Wärme und 15550 kWh Strom dezentral vor Ort erzeugt. Die Regelung sorgt dafür, dass trotz der vergleichsweise geringen Laufzeiten etwa ein Drittel des KWK-Stroms auch im Objekt genutzt werden kann. Bei einem Stromverbrauch von 9000 kWh kommt so mehr als die Hälfte der benötigten elektrischen Energie direkt vom BHKW. „Dies wäre ein sehr gutes Ergebnis, das rein wärmegeführte Anlagen in einem derartigen Objekt wohl nicht erreichen würden“, so die Einschätzung vom zertifizierten „ecoPOWER“ Fachpartner Newerla. „Deshalb sehe ich in ‚HomePower‘ auch ein großes Potenzial, unser eigenes BHWK-Geschäft künftig weiter auszubauen.“

Contracting oder Betriebsoptimierung?
Angeboten wird das Mikro-KWK System im Rahmen eines Gesamtpakets mit Installation, Betrieb, Wartung und Instandhaltung. Um hier eine hohe Kundenzufriedenheit sicherzustellen, erfolgt die Umsetzung durch qualifizierte Fachhandwerksbetriebe in enger Zusammenarbeit mit RWE und Vaillant. Der Kunde hat dabei die Wahl zwischen zwei Geschäftsmodellen. Für einen einmaligen Investitionszuschuss von 5000 Euro sowie eine monatliche Grundgebühr zwischen 30 und 40 Euro kann das „HomePower“-System im Contracting genutzt werden. Je nach Verbrauch berechnet RWE Effizienz dabei einen Wärmepreis zwischen 5,95 und 7,80 Ct/kWh brutto. Für den BHKW-Strom und für den verbleibenden (Rest-)Strombezug aus dem Netz gelten besondere Preise im Rahmen dieses Konzepts.
Im Modell Betriebsoptimierung kann der Kunde stattdessen die Investition in die Anlage selbst übernehmen und anschließend den Betrieb an RWE übergeben. Im Gegenzug zahlt er hier von vornherein einen Wärmepreis von 5,95 Ct/kWh. Der Strompreis ist identisch zum Contracting.
In beiden Fällen erhält der Kunde zudem einen Umweltbonus in Höhe von 0,5 Ct/kWh für den selbst erzeugten Strom sowie einen weiteren Cent für jede direkt vor Ort verbrauchte Kilowattstunde. Während der Vertragslaufzeit von zehn Jahren übernimmt das Dortmunder Unternehmen zudem die Kosten für Wartung, Service und die Instandhaltung aller Anlagenkomponenten.

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Björn Gropengießer, Projektleiter RWE „HomePower“ Mikro-KWK bei RWE Effizienz GmbH, Dortmund

Bilder: RWE Effizienz

www.rwe.com
www.gustavmueller.com