BHKW: Wie funktioniert es und wer profitiert davon?

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Blockheizkraftwerke (BHKW) versorgen Betreiber mit Wärme und Strom und arbeiten sehr effizient, lohnen sich aber längst nicht für jeden Verbraucher. Wir erklären die verschiedenen Bauweisen und zeigen, welche Arten von Blockheizkraftwerken sich für wen lohnen.

Über das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung produziert das Blockheizkraftwerk Strom und Wärme © Gerd, stock.adobe.com
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Was ist ein Blockheizkraftwerk?

Ein Blockheizkraftwerk nutzt die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung, indem es gleichzeitig Strom erzeugt und die entstandene Wärme verwertet. Sein Ertrag sieht beispielsweise folgendermaßen aus: Für eine Kilowattstunde Strom gibt es drei Kilowattstunden Wärme, wobei das Verhältnis nicht festgeschrieben ist.

Der BHKW-Wirkungsgrad besteht aus elektrischer und Wärmeenergie
Der BHKW-Wirkungsgrad besteht aus elektrischer und Wärmeenergie

Im Detail funktioniert das so:

  1. Ein Motor oder eine Gasturbine treiben einen Stromgenerator an, der Strom produziert.
  2. Die Wärme der Abgase wird über einen Wärmetauscher abgefangen und benutzt, um Wasser zu heizen.
  3. Bei einem motorbetriebenen BHKW wird der Motor zusätzlich abgekühlt, um Wärme zurückzugewinnen.
Funktionsprinzip eines Blockheizkraftwerkes
Funktionsprinzip eines Blockheizkraftwerkes
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Ein Blockheizkraftwerk erreicht dank Kraft-Wärme-Kopplung Wirkungsgrade von 90 Prozent und darüber. An sich ist die Kraft-Wärme-Kopplung kein neues Prinzip und wird bereits in vielen Kraftwerken angewendet, die die Wärme der Turbine nutzen, um Fern- und Nahwärmenetze zu betreiben.  

Der Wirkungsgrad von BHKW ist 80 - 95 %
Der Wirkungsgrad von BHKW ist 80 – 95 %

Ein Blockheizkraftwerk braucht jedoch kein Netz, weil die Wärme sofort vor Ort verwendet wird. Dadurch bleiben die Wärmeverluste geringer als bei herkömmlichen Kraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung, bei denen das heiße Wasser in den Leitungen viele Kilometer zurücklegt, bevor es die Häuser und Wohnungen heizt. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Größe der Anlagen, die sich auch in kleine Räume integrieren lassen.

Viele Kraftwerke setzen das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung um © elxeneize, stock.adobe.com
Viele Kraftwerke setzen das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung um © elxeneize, stock.adobe.com

In Deutschland kommen Blockheizkraftwerke in öffentlichen Gebäuden wie Krankenhäusern und Schwimmbädern oder in Industrieanlagen zum Einsatz. In privaten Häusern, selbst in Mehrfamilienhäusern, sind sie dagegen eine Seltenheit. Das ist der Tatsache geschuldet, dass hierzulande früh in Gas- und Fernwärmenetze investiert wurde, dementsprechend setzen 2023 über 50 Prozent der deutschen Haushalte entweder auf eine Gasheizung oder auf Fernwärme.

Blockheizkraftwerke lassen sich entweder nach Antriebsart oder nach Größe in verschiedene Kategorien einteilen:

  • Antrieb: Motor, Gasturbine oder Brennstoffzelle
  • Größe: Groß, Mini, Mikro oder Nano
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BHKW: Diese Antriebe sind möglich

Motorbetriebene BHKW

Die meisten BHKW auf dem Markt nutzen einen Motor. Zur Auswahl stehen gasbetriebene Ottomotoren, Dieselmotoren, Stirlingmotoren oder wasserdampfbetriebene Dampfmotoren. Alle Varianten haben ihre Vor- und Nachteile. So haben Diesel- und Ottomotoren einen höheren Wirkungsgrad, benötigen aber regelmäßige Wartung und erfordern hohe Investitionen. Beim Ottomotor kommen als Brennstoff Benzin oder Erdgas infrage, beim Dieselmotor Diesel oder Autogas (LPG).

Der Stirling-Motor setzt dagegen auf von außen zugeführte Wärme, um ein Gas in zwei verschiedenen Zylindern abwechselnd zu expandieren und zu komprimieren. Als Antrieb für ein Blockheizkraftwerk punktet er durch einen geringeren Wartungsbedarf im Vergleich zu Otto- und Dieselmotoren. Auch ist er bezüglich des Brennstoffs flexibel: neben Treibstoff und Gas kommen auch Pellets oder Biomasse infrage.

Nicht nur Diesel oder Gas: Blockheizkraftwerke lassen sich auch mit Biomasse betreiben © thingamajiggs, stock.adobe.com
Nicht nur Diesel oder Gas: Blockheizkraftwerke lassen sich auch mit Biomasse betreiben © thingamajiggs, stock.adobe.com

Ein Sonderfall sind BHKW mit Dampfmotor, da sie nur von wenigen Herstellern produziert werden. Das Prinzip ist simpel: Ein Gasbrenner erhitzt Wasser, der Wasserdampf bewegt einen Kolben und treibt den Generator an. Allerdings ist die Stromausbeute gering, dafür produziert eine solche Anlage viel Wärme.

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Gasturbinenbetriebene BHKW

Blockheizkraftwerke mit Gasturbinen arbeiten wie größere Anlagen in Gaskraftwerken. Die Frischluft wird angesaugt und verdichtet.

  1. In einer Brennkammer erreicht das Gemisch aus Luft und Erdgas (alternativ: Biogas) hohe Temperaturen.
  2. Die ausgedehnte Luft trifft auf die Laufräder der Gasturbine und lässt sie drehen.
  3. Die Turbine treibt einen Generator an, der Wärme in Bewegung umwandelt.

Im Vergleich zu motorbetriebenen BHKW erreichen Anlagen mit Gasturbinen höhere Wirkungsgrade, weil mehr Wärme abgeführt werden kann. Wegen der hohen Kosten lohnen sie sich aber nur bei größeren Blockheizkraftwerken mit einer Leistung ab 50 Kilowatt, die in Industrieanlagen zum Einsatz kommen.

Bei fossilen Brennstoffen sind Preissteigerungen wahrscheinlich
Bei fossilen Brennstoffen sind Preissteigerungen wahrscheinlich

BHKW mit Brennstoffzellen

Brennstoffzellen gelten nicht als Blockheizkraftwerke im engen Sinne, da sie vor allem Strom und nur als Nebenprodukt Wärme erzeugen. Allerdings lässt sich diese Wärme zurückgewinnen, wodurch sie ebenfalls zu den Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen zählen.

Eine Brennstoffzelle nutzt das Prinzip der kalten Verbrennung. Im Umkehrprozess der Elektrolyse vereinen sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf und geben Elektronen frei. Dabei entsteht auch Wärme, die sich verwerten lässt. Anders als KWK-Anlagen mit Motoren- und Turbinenantrieben produziert eine Brennstoffzelle jedoch mehr Strom als Wärme.

Von Großanlagen bis zu Nano-BHKW

Ein Gewerbe hat einen ganz anderen Strom- und Wärmebedarf als ein Einfamilienhaus. Lange Zeit galten Blockheizkraftwerke aus diesem Grund nur als Anlagen für Großbetriebe, doch in den letzten Jahren bieten immer mehr Hersteller Mini- und Nano-Blockheizkraftwerke an, die auf den Bedarf privater Haushalte zugeschnitten sind.

BezeichnungLeistungVerwendung
Blockheizkraftwerke50 bis 250 kWIndustrieanlagen
Mini-Blockheizkraftwerke15 bis 50 kWGewerbe, öffentliche Einrichtungen
Mikro-Blockheizkraftwerke2,5 bis 15 kWMehrfamilienhäuser
Nano-BlockheizkraftwerkeBis ca. 2,5 kWEinfamilienhäuser
Blockheizkraftwerke werden immer kleiner
Blockheizkraftwerke werden immer kleiner

Wie kann man mit einem Blockheizkraftwerk sinnvoll heizen?

Grundsätzlich lässt sich ein Blockheizkraftwerk strom- oder wärmegeführt betreiben. Im ersten Fall spielt vor allem die Stromerzeugung eine Rolle, was vor allem für energieintensive Industriezweige gilt. Allerdings geht so ein Großteil der Wärme verloren. Viel häufiger ist die wärmegeführte Auslegung, wonach der Wärmebedarf die Leistung und die Größe der Anlage bestimmt.

Ein Blockheizkraftwerk muss mindestens 5.000 bis 6.000 Stunden pro Jahr gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen, damit es sich wirtschaftlich rentiert. Gerade Privathaushalte haben aber nur im Winterhalbjahr einen hohen Wärmebedarf und können die Wärme in den Sommermonaten nicht abnehmen. Aus diesem Grund ist es nicht sinnvoll, ein BHKW nach dem höchsten Wärmebedarf auszulegen, da die Anlage überdimensioniert wäre.

Genaues Rechnen vor der Anschaffung lohnt sich
Genaues Rechnen vor der Anschaffung lohnt sich

In der Regel wird das Blockheizkraftwerk so ausgelegt, dass es 10 bis 30 Prozent der Spitzenlast abdeckt. In Zeiten des größten Wärmebedarfs unterstützt ein Spitzenlastkessel, beispielsweise ein Gaskessel, das Blockheizkraftwerk, indem er zusätzliche Wärme bereitstellt. Sinkt im Sommer der Wärmebedarf auf ein Minimum, speichert ein Pufferspeicher die überschüssige Wärme. Für ein Einfamilienhaus eignet sich beispielsweise ein 1.000-Liter-Pufferspeicher.

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Ist ein Blockheizkraftwerk für mich sinnvoll?

Nano-Blockheizkraftwerke mit einer Leistung von 2,5 Kilowatt und darunter eignen sich auch für Privatverbraucher und Einfamilienhäuser. Aber lohnt sich die Investition angesichts der hohen Anschaffungskosten?

Prinzipiell erreichen BHKW einen hohen Wirkungsgrad, da sie Strom und Wärme gleichzeitig erzeugen und die Wärme ohne Transportverluste liefern. Selbst effiziente Gas- und Dampf-Kombikraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung kommen lediglich auf circa 80 Prozent, da ungefähr 10 Prozent der Energie während des Wärmetransports verloren geht.

Das beste BHKW ist das, das optimal zum Gebäude passt
Das beste BHKW ist das, das optimal zum Gebäude passt

Betreibt man das Blockheizkraftwerk mit Biogas oder Holz, erzeugt man Strom und Wärme umweltfreundlich. Doch auch gas- und dieselbetriebene Blockheizkraftwerke gelten wegen ihrer hohen Effizienz als ökologisch.

Wollen Sie Ihr Ein- oder Mehrfamilienhaus mit einem Blockheizkraftwerk versorgen, sind diese Voraussetzungen entscheidend:

  • Möchten Sie ein gasbetriebenes Blockheizkraftwerk, benötigen Sie einen Gasanschluss.
  • Ihr Wärmebedarf beträgt mindestens 35.000 Kilowattstunden pro Jahr und Sie benötigen auch in den Sommermonaten Wärme, beispielsweise um einen Pool zu heizen oder ein Gewerbe zu betreiben.
  • Die Rücklauftemperatur Ihrer Heizung liegt unter 70 Grad.
  • Beim Einbau eines Blockheizkraftwerks sind zwei zusätzliche Stromzähler notwendig. Während der erste den erzeugten Strom misst, hält der zweite den Anteil fest, der ins öffentliche Netz fließt. Das ist unter anderem wichtig, damit Sie eine Einspeisevergütung vom Netzbetreiber erhalten.
Ein Mikro-BHKW eignet sich z.B. zur Versorgung von zwei Häusern
Ein Mikro-BHKW eignet sich z.B. zur Versorgung von zwei Häusern

Wie viel kostet die Wartung eines Blockheizkraftwerks?

Wie alle Heizungen müssen Blockheizkraftwerke gewartet werden, indem die Funktionsfähigkeit des Motors, des Stromgenerators und der anderen Komponenten überprüft wird.

BHKW-Betreiber sollten mit einer Wartung alle 2.000 bis 4.000 Betriebsstunden rechnen, also circa zwei- bis viermal pro Jahr. Hersteller bieten meist All-inclusive-Verträge, die die Wartung miteinschließen. Bei Nano- und Mikro-BHKW liegen die Kosten bei ungefähr 2 bis 3 Cent pro Kilowattstunde, somit im Schnitt um die 1.000 EUR pro Jahr.

Der Preis für das BHKW hängt von vielen Faktoren ab
Der Preis für das BHKW hängt von vielen Faktoren ab

Wie fördert der Staat Blockheizkraftwerke?

In der Vergangenheit förderte der Staat den Einbau von KWK-Anlagen großzügig. Viele Programme wurden jedoch inzwischen eingestellt. Liebäugeln Sie mit der Möglichkeit, ein Blockheizkraftwerk einzubauen, gehen Sie jedoch nicht leer aus.

Zum einen gewährt die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) günstige Darlehen im Rahmen des Programms 270. Die gibt es allerdings nur Blockheizkraftwerke, die Biomasse (Holz) oder Biogas verwenden, was nicht für jeden Verbraucher infrage kommt.

BHKW mit Brennstoffzelle werden gefördert
BHKW mit Brennstoffzelle werden gefördert

Viel attraktiver ist jedoch die Entlohnung, wenn BHKW-Betreiber den erzeugten Strom ins öffentliche Netz speisen. Neben der Vergütung des Netzbetreibers, die vom Strompreis für Grundlaststrom an der Strombörse abhängt (drittes Quartal 2023: 9,078 Ct/kWh), erhalten sie einen Zuschlag vom Staat in Höhe von 8 Cent pro Kilowattstunde. Zusätzlich gibt es auch eine Vergütung in Höhe von 4 Cent pro Kilowattstunde für selbstverbrauchten Strom.

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