Wie funktioniert ein Blockheizkraftwerk mit Verbrennungsmotor?

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine Anlage, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung funktioniert und der Gewinnung von elektrischer Energie und Heizwärme dient. Abhängig von Größe und Leistung wird diese stromerzeugende Heizung direkt vor Ort zur Energiegewinnung eingesetzt, worin der wirtschaftliche und ökologische Nutzen von Blockheizkraftwerken begründet ist. Interessant ist die durch die stromerzeugende Heizung umweltfreundliche Gewinnung von Strom und Wärme auch deshalb, weil sie unter anderem durch staatliche und regionale Fördermittel finanziell begünstigt wird. Lesen Sie nachstehend mehr zur Funktionsweise eines Blockheizkraftwerks, das auch als Hauskraftwerk bezeichnet wird, den verschiedenen Arten, den Vorteilen und mehr. Gerne berät Sie die EW Energy World rund um das Thema Blockheizkraftwerk und führt auch eine Wirtschaftlichkeitsprüfung für Sie durch! Kommen Sie gerne auf uns zu!

Das Blockheizkraftwerk: Vom Mikro-Blockheizkraftwerk bis zur Industrieanlage

Ein Blockheizkraftwerk gibt es in unterschiedlichen Varianten, die vom Mikro-Blockheizkraftwerk und dem Mini-Blockheizkraftwerk bis zu großen Industrieanlagen reichen. Insbesondere kleinere Blockheizkraftwerke wie Mikrokraftwerke, deren elektrische Leistung zwischen ein und fünf Kilowatt und die thermische Leistung zwischen drei und fünfzehn Kilowatt liegt, eignen sich für Ein- und kleinere Mehrfamilienhäuser sowie für Kleinbetriebe. Größere Blockheizkraftwerke sind die richtige Wahl für den Betrieb von Krankenhäusern, Hotels oder Wohnsiedlungen und auch für das Beheizen von Schwimmbädern.

Blockheizkraftwerk (BHKW) - Funktionsweise

Das Hauskraftwerk – wie und womit es funktioniert

Jedes Blockheizkraftwerk hat eine Verbrennungskraftmaschine, deren Funktionsweise je nach verwendetem Kraftstoff variiert. Als Kraftstoffe eignen sich für ein Hauskraftwerk vorwiegend fossile oder regenerative Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Heizöl und Pflanzenöl, zumeist Palmöl oder Rapsöl, ebenso wie Biodiesel für einen Dieselmotor. Am häufigsten kommen jedoch bei einem Hauskraftwerk Gas wie Erdgas oder Biogas zum Einsatz unter der Voraussetzung, dass ein Ottomotor, ein Zündstrahlmotor, eine Gasturbine oder auch ein Biogasmotor vorhanden sind. In der Praxis bewährte sich bisher ein BHKW mit Verbrennungsmotor wie dem Stirlingmotor in Kombination mit Erdgas oder Flüssiggas als Kraftstoff.

Eine stromerzeugende Heizung funktioniert aber auch mit nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise mit Holzhackschnitzeln oder Holzpellets, die sich vor allem für das Betreiben von Stirlingmotoren oder Dampfkraftanlagen sowie für Holzvergaser in Verbindung mit einem Ottomotor eignen. Mit Hilfe der Verbrennungskraftmaschine wird ein Generator angetrieben und die durch ihn erzeugte Bewegungsenergie in Strom umgewandelt. Auf diese Weise wird durch die stromerzeugende Heizung nicht nur Strom gewonnen, es entsteht gleichzeitig auch Abwärme, die als Wärmeenergie verwendet wird. Diese effiziente Herstellung von Strom und Wärme wird durch das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) realisiert.

Blockheizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung, auch KWK genannt, bedeutet, dass die Erzeugung von Strom und Wärme in einem Blockheizkraftwerk untrennbar gekoppelt ist. Damit der Prozess im Blockheizkraftwerk entsprechend ablaufen kann und eine hohe Energieausnutzung gewährleistet ist, muss ein BHKW über verschiedene wichtige Komponenten verfügen. Dazu gehören ein Motor, ein Generator und ein Wärmetauscher.

BHKW-Funktion: der Motor

Die klassische Variante eines Blockheizkraftwerks nutzt als Verbrennungskraftmaschine einen Motor. Der Motor ist hierbei die Basis, um Strom und Wärme gleichzeitig zu erzeugen. Denn er treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Bei diesem Prozess entsteht Abwärme, die dann in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Handelt es sich um einen Stirlingmotor, wird dieser durch von außen zugeführte Wärme – in der Regel eine Flamme – angeheizt. Im Inneren des Stirlingmotors wird dadurch ein Prozess ausgelöst, bei dem nun aus Wärme über ein abgeschlossenes Arbeitsgas o.Ä. mechanische Energie entsteht. Auch bei anderen Motorarten wie dem Diesel- oder Ottomotor wird thermische in mechanische Energie gewandelt, doch hier kann jede Motorart nur mit dem jeweilig benötigten Energieträger betrieben werden und es findet eine klassische Verbrennung in einem offenen System statt.

BHKW-Funktion: der Generator

Über den Motor wird der Generator angetrieben – die zweite wichtige Komponente in einem Blockheizkraftwerk. Hier rotiert eine Spule (als elektrischer Leiter) in einem Magnetfeld, was Spannung erzeugt – der Strom fließt. Dieser Prozess wird auch als elektromagnetische Induktion bezeichnet. Der erzeugte Strom kann anschließend selbst verwendet oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Während der Stromerzeugung entsteht Abwärme, die vom Wärmetauscher – einem weiteren grundlegenden Bestandteil des Blockheizkraftwerks – weiterverarbeitet wird.

Wärmetauscher: weitere Komponente des Blockheizkraftwerks

Bei einem Wärmetauscher handelt es sich um einen Wärmeüberträger, das heißt, er übernimmt die Wärme eines Stoffes und leitet diese an einen anderen weiter. Dadurch ist es möglich, dass Abwärme, die ansonsten verloren gegangen wäre, in nutzbare Wärmeenergie für Heiz- und Brauchwasserwärme verwandelt werden kann. Die im System befindlichen und am Prozess beteiligten Stoffe können über verschiedene Aggregatzustände verfügen – sei es gasförmig oder flüssig. Damit die Wärme optimal vom einen auf einen anderen Stoff übertragen werden kann, besteht der Wärmetauscher aus Metall. Im Blockheizkraftwerk bewegt sich nun der Stoff mit der aufgenommenen Abwärme in einem abgetrennten Kreislauf und gibt die Wärme an den Stoff ab, der sie aufnehmen soll. Durch die gute metallische Leitung geschieht diese sogenannte indirekte Wärmeübertragung effizient.

Betriebsart eines Blockheizkraftwerks

Für die richtige BHKW-Funktion ist zu beachten, dass ein Blockheizkraftwerk auf verschiedene Arten betrieben werden kann. So ist einerseits die wärmegeführte, andererseits die stromgeführte Betriebsart möglich. Bei der wärmegeführten Betriebsart wird das BHKW in seiner Funktion auf den Wärmebedarf des entsprechenden Gebäudes ausgelegt. Maßgebend hierfür ist der Grundwärmebedarf. Der wärmegeführte Betrieb ist die gebräuchlichste Betriebsart, da der tägliche Wärmebedarf in der Regel sehr beständig ist. Hingegen bietet sich der stromgeführte Betrieb an, wenn der Fokus auf der maximalen Stromerzeugung liegt.

Die Vorteile eines Blockheizkraftwerkes als Hauskraftwerk

Ein Blockheizkraftwerk als stromerzeugende Heizung bietet eine Reihe von Vorteilen, denen vor allem wirtschaftliche und ökologische Aspekte zugrunde liegen. Einer der Vorteile ist die dezentrale Form der Wärme- und Stromerzeugung, was nichts anderes bedeutet, als dass ein Blockheizkraftwerk dort Wärme und Strom erzeugt, wo es gebraucht wird. Aufgrund der kurzen Wege geht kaum Energie verloren, der Wirkungsgrad wird erhöht und die Umwelt geschont.

Gegenüber dem herkömmlichen Mischbetrieb aus zentraler Stromversorgung und lokaler Heizung, bei dem fast die Hälfte der erzeugten Energie als Abwärme anfällt, erreicht ein Blockheizkraftwerk als stromerzeugende Heizung einen deutlich höheren Nutzungsgrad. Dies gilt beispielsweise für den Vergleich mit Fernwärme, für die ein aufwändiges und teures Rohrleitungsnetz benötigt wird, durch das über 10 Prozent der Energie bedingt durch den Transport verloren gehen. Anders verhält es sich bei einem Hauskraftwerk, bei dem ein Gesamtwirkungsgrad von 90 Prozent erreicht werden kann, wenn Strom und Wärme vor Ort genutzt werden.

Produziert ein Hauskraftwerk mehr Strom, als im Haus tatsächlich verbraucht wird, dann wird dieser überschüssige Strom in das öffentliche Netz eingespeist, wofür der Eigentümer des BKHW eine sogenannte Einspeisevergütung erhält. Um den tatsächlichen Verbrauch messen zu können und auch die Menge des Stroms, die in das öffentliche Netz fließt, ist ein neuer Zähler erforderlich, den der jeweilige Energieversorger einbaut.