Das Blockheizkraftwerk
Ein Mini-Blockheizkraftwerk ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme.
Ursprünglich beruhten Blockheizkraftwerke auf Verbrennungsmotoren, deren Wärme aus dem Abgas und dem Kühlwasserkreislauf zur Aufheizung von Heizungswasser verwendet wurde. Inzwischen werden auch andere Systeme wie Stirling-Motor, Dampfmotor und Holzvergaser zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken eingesetzt
Es handelt sich hierbei im Regelfall um Anlagen, die im Leistungsbereich unter 30 kW angesiedelt sind. Wobei die elektrische Leistung im Durchschnitt bei 4 kW und die thermische bei etwa 10 kW liegt. Blockheizkraftwerke eignen sich für den Einsatz in Ein- und/oder Mehrfamilienhäusern, wenn der Strom- und Warmwasserbedarf das ganze Jahr über einigermaßen konstant und die Zahl der Vollbenutzungsstunden möglichst hoch ist. Eine Laufzeit des Blockheizkraftwerkes von 5000 h ist anzustreben. Blockheizkraftwerke müssen mit einem großvolumigen Pufferspeicher ergänzt werden, um einen möglichst gleichmäßigen Betrieb der Anlage zu gewährleisten.
Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, d. h. Diesel- oder Gasmotoren verwendet werden. Der höhere Gesamtnutzungsgrad (ca. 90%) gegenüber der herkömmlichen Kombination von lokaler Heizung und zentralem Kraftwerk resultiert aus der Nutzung der Abwärme der Stromerzeugung direkt am Ort der Entstehung.
Funktionsweise eines Mini-Blockheizkraftwerks
Ein Mini-Blockheizkraftwerk arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Die Verbrennungskraftmaschine (Otto(Gas)- Dieselmotor, Gasturbine, Stirling- oder Dampfmotor,), welche entweder mit Erdgas/Biogas, Diesel/Biodiesel, Pellets, oder Pflanzenöl, arbeitet, treibt den Stromgenerator an.
Mit dem eingesetzten Brennstoff wird zunächst Strom erzeugt. Die bei diesem Prozess entstandene Abwärme wird über einen, zwischen Motor und Heizungsanlage geschalteten, Wärmetauscher nutzbar gemacht, indem das in einem Speicher enthaltene Brauchwasser aufgeheizt und anschließend an den Heizkreislauf abgegeben wird.
Das Blockheizkraftwerk erzeugt somit nicht nur den eigenen Strom, sondern auch das warme Wasser für Heizung und Dusche.
Komponenten eines Mini-Blockheizkraftwerks
Verbrennungskraftmaschine: Ist das Herzstück der gesamten Anlage. Sie liefert die Bewegungsenergie für den Generator. Die Bewegungsenergie wird, je nach Hersteller bzw. verwendeter Technik, mittels eines Verbrennungsmotors erzeugt. Es kommen meist einzylindrige Otto- oder Dieselmotoren zum Einsatz. Um die Schadstoff- Emissionen zu senken werden die Motoren oft mit Katalysatoren ausgestattet. Verhältnismäßig niedrige Emissionen und geringe Wartungskosten weisen dagegen Stirling-Motoren auf.
Stromgenerator: Wird von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben und wandelt die mechanische Energie des Motors in elektrische Energie um.
Wärmetauscher: Dient der Rückgewinnung der Wärmeenergie aus Motorabwärme, Ölkreislauf und Abgas.
Speicher: Mit Hilfe von Pufferspeichern werden Blockheizkraftwerke monovalent betrieben, das heißt ohne Spitzenlastkessel oder Brenner. Sie sorgen für den konstanten Betrieb der Anlage.
Steuer- und Regeleinheit: ist das Gehirn eines Mini-BHKW. Sie gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb, überwacht die Funktion der gesamten Anlage, steuert die Be-und Entladung des Puffers, stellt eine hohe Eigennutzung des erzeugten Stromes sicher.
Kapselung: Trägt zur Schall- und Wärmedämmung bei.
Betriebsarten von Mini-Blockheizkraftwerken
Netzgekoppelten Anlagen:Dabei wird der produzierte Strom über einen Einspeisezähler in das öffentliche Netz eingespeist.
Die Einspeistarife bei netzgekoppelten Blockheizkraftwerken richten sich nach dem verwendeten Treibstoff:
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feste Biomasse: 14, 98 Cent/kWh
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flüssige Biomasse: 7,8 Cent/kWh
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Biogas: 20,5 Cent/kWh
Inselanlagen: Gewährleisten eine autarke Strom- und Warmwasserversorgung. Ein Pufferspeicher bewahrt das Brauchwasser auf.
Der gewonnene Strom wird mit Hilfe eines speziellen Batteriewechselrichters in Wechselstrom umgewandelt. Ein Laderegler kontrolliert und steuert die Batterie bzw. den Akku.
Inselanlagen sind nur dort sinnvoll, wo die Stromversorgung aus dem öffentlichen Netz entweder gar nicht oder nur sehr beschränkt vorhanden ist.
Größe und Leistung eines Mini-Blockheizkraftwerks
Die eigentliche Größe des Blockheizkraftwerkes ist nicht so entscheidend. Hier zählt die Leistung. Für einen 4-Personen-Haushalt ist eine Anlage mit 5kW elektrischer und 10 kW thermischer Leistung vollkommen ausreichend. Betriebsart, Wirkungsgrad und Wohnfläche sind gute Richtwerte.
Es gibt zwei Betriebsarten
Stromgeführte Anlagen: Bei Stromgeführten Anlagen ist der Strombedarf ausschlaggebend. Diese Anlagen eignen sich am besten zum Inselbetrieb.
Wärmegeführte Anlagen: Handelt es sich um wärmegeführte Anlagen so ist nicht der Strom- sondern der Wärmebedarf entscheidend, da der überschüssige Strom gegen eine Vergütung jederzeit ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Weiters sollten Sie darauf achten, dass das Blockheizkraftwerk möglichst viele Stunden des Jahres im Betrieb ist.
Eine sehr gute und durchaus sinnvolle Lösung für das Bedarfsdilemma stellt ein Pufferspeicher dar.
Die Dimensionierung des wärmegeführten Blockheizkraftwerkes sollte nach der Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs erfolgen. Sie zeigt die künftige Wärmeleistung der Anlage auf ( d.h für wie viele Stunden im Jahr welche Wärmeleistung im Haus erforderlich ist). Im Durchschnitt kommt man auf etwa 3.000 Stunden im Jahr.
Die Energieausbeute von einem Blockheizkraftwerkes beträgt, wie bereits erwähnt, bis zu 90 Prozent. So können selbst in Ein- oder Zweifamilienhäusern bis zu 40 Prozent der Energiekosten eingespart werden. Vorausgesetzt der Strom- und Warmwasserbedarf ist konstant.