Wege zum eigenen Kraftwerk

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1 Kraft-Wärme-Kopplung Wege zum eigenen Kraftwerk Blockheizkraftwerke sind für die Versorgung von Nahwärmenetzen eine bewährte Lösung. In Form von stromerzeugenden Heizungen ist die Kraft-Wärme-Kopplung aber auch für einzelne Immobilien eine umweltfreundliche und kostensenkende Alternative. Web-Links Literatur Diverse Artikel, Rankings und Statusreports über stromerzeugende Heizungen als PDF: Datenbank und Download über www. bhkw-infothek.de/?p=3205 In das neue Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor 300-P von Viessmann und Panasonic wurde für Spitzenlasten ein Gas-Brennwertkessel mit bis zu 19 kw Leistung integriert. Bild: Viessmann Äußerlich haben sie nur wenig Ähnlichkeit mit einem Großkraftwerk. Trotzdem werden die seit zwei Jahren erhältlichen stromerzeugenden Heizungen für den Heizungskeller von Ein- und Zweifamilienhäusern Nano- Blockheizkraftwerke genannt. Neben diesen Kleinstkraftwerken sind mit den sogenannten Mikro-Blockheizkraftwerken bereits seit Längerem auch leistungsstärkere Anlagen für Mehrfamilienhäuser, Hotels oder Handwerksbetriebe erhältlich. Im Kleinen wie im Großen Nano- und Mikro-BHKW erzeugen genau wie große Blockheizkraftwerke Strom und Wärme in einem gekoppelten Prozess nah bei den Verbrauchern oder sogar direkt im Heizungskeller. Die schnell regelbare und dezentrale Stromerzeugung im Heizungskeller entlastet nicht nur unsere Stromnetze und verringert damit den Ausbaubedarf von Hochspannungstrassen. Sie ist außerdem aufgrund steigender Strompreise auch für die Betreiber sehr wirtschaftlich. Dabei besticht die Technik besonders im Altbau mit einfacher Installation: Ohne Einfluss auf das äußere Erscheinungsbild des Hauses verkraftet die Heiztechnik im Gegensatz zu Wärmepumpen selbst hohe Rücklauftemperaturen alter Gussheizkörper. Besonders der Einsatz von Erdgas erfreut sich als Brennstoff für die kleinen KWK-Anlagen großer Beliebtheit. Denn während der Strompreis auf 30 Cent je Kilowattstunde (kwh) zusteuert, liegt der Erdgaspreis bei nur etwa 6 Cent je kwh. Andere Brennstoffe wie Holzpellets oder Heizöl haben sich hingegen aufgrund technischer Hürden in den kleinen Leistungsbereichen bisher nicht als wirtschaftlich erwiesen. Ökologisch sinnvoll Neben der rein wirtschaftlichen Betrachtung darf jedoch auch der Umweltaspekt nicht unter den Tisch fallen. Während bei der konventionellen Stromerzeugung im Großkraftwerk ein Primärenergienutzungsgrad von nur 30 bis 50 Prozent erzielt werden kann, nutzen stromerzeugende Heizungen bis zu 95 Prozent der Primärenergie. Der Grund ist einfach: Die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme wird in Großkraftwerken ungenutzt durch Kühltürme entsorgt, und der Strom muss durch lange Leitungen zu den Verbrauchern transportiert werden. Stromerzeugende Heizungen speisen mit der erzeugten Wärme hingegen Heizkörper statt Kühltürme, und der Strom kann ohne Umspannungsverluste direkt in die nächste Steckdose fließen. Durch die Vermeidung von Verlusten tragen stromerzeugende Heizungen selbst bei Nutzung fossiler Brennstoffe wie Erdgas aktiv zur Ressourcenschonung und zum Umweltschutz bei. Das wirkt sich mit einem Primärenergiefaktor von 0,4 bis 0,7 auch positiv auf den Energieausweis und die Bewertung der Immobilie aus. Den umweltfreundlich erzeugten Strom verbrauchen die Betreiber stromerzeugender Heizungen vorrangig selbst. Nur der Anteil, der über den momen tanen Eigenverbrauch hinausgeht, wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Auf der anderen Seite muss dann Strom aus dem Netz bezogen werden, wenn der eigene Stromverbrauch die aktuelle Produktion übersteigt oder das BHKW wegen fehlendem Wärmebedarf gerade nicht in Betrieb ist. Diese Versorgungslücken treten vor allem im Sommer auf, wenn das BHKW nur die Warmwasserbereitung mit Wärme versorgt. Sie lassen sich optimal mit einer Photovoltaikanlage überbrücken (siehe Infokasten). Wirtschaftlich attraktiv Der Strompreis für den Besitzer einer stromerzeugenden Heizung beträgt ohne Berücksichtigung der Anschaffungskosten für das BHKW nur 0,04 Cent je kwh. Das ergibt sich aus der folgenden Rechnung: n Erdgaspreis: 6 Cent je kwh n abzüglich Energiesteuererstattung für BHKW in Höhe von 0,55 Cent je kwh n abzüglich staatlich garantiertem KWK-Zuschlag für jede erzeugte kwh Strom von bis zu 5,41 Cent Für den Betreiber eines Nano-BHKW liegt der Gewinn einer stromerzeugenden Heizung daher in der Verringerung des mittlerweile nicht selten 30 Cent je kwh teuren Strombezuges. Kaum interessant ist hingegen die Vergütung für den selbst erzeugten und eingespeisten Stromüberschuss, die nur bei 3 bis 5 Cent/kWh liegt. Darüber hinaus wird der Einsatz der de- 154 BUND Ökologisch Bauen & Renovieren 2015

2 Dieses Mehrfamilienhaus erhielt im Zuge seiner Modernisierung nicht nur eine große Photovoltaikanlage, sondern auch ein kleines Blockheizkraftwerk zur gekoppelten Wärme- und Stromerzeugung. Diese Kombination erzeugt 90 Prozent des Strombedarfs von acht Wohnungen sowie einer Werkstatt selbst und bezieht nur noch wenige Stunden in der Nacht Strom aus dem Netz. Im Heizkeller finden neben dem BHKW auch ein Spitzenlastkessel, drei Pufferspeicher und ein größeres Ausdehnungsgefäß Platz. Für Einfamilienhäuser sind auch platzsparende Kompaktlösungen erhältlich. C M Y CM MY CY CMY Bilder: L.-F. Stahl K PV und KWK: eine gute Kombination Photovoltaik und stromerzeugende Heizungen ergänzen sich optimal. Während im Winter das BHKW durch den Heizenergiebedarf lange Laufzeiten erreicht und viel Strom erzeugt, ist die Laufzeit im Sommer aufgrund des geringeren Wärmebedarfs ausschließlich für die Warmwasserbereitung gering. Hier springt die Photovoltaik ein und erzeugt tagsüber den benötigten Strom. Die Laufzeit und damit die Stromerzeugung des BHKW lässt sich in die frühen Morgenstunden und den späten Abend legen, wenn die Sonne nicht scheint. Dank eines Warmwasser-Pufferspeichers kann die thermische Energie im Gegensatz zu Strom leicht eingespeichert werden und steht rund um die Uhr zur Verfügung. Somit muss nur noch in den Nachtstunden Strom aus dem Netz bezogen werden, wenn weder die Sonne noch das BHKW Strom erzeugen. Etwas kompliziert wird es, da der Strom aus zwei Erzeugungsanlagen gleichermaßen vorrangig selbst verbraucht werden soll. In diesem Fall kann die zweite Anlage nicht einfach mit einem zweiten Erzeugungszähler in der Kundenanlage angeschlossen werden. Denn es muss genau erfasst werden, wie viel Strom aus den beiden Anlagen jeweils selbst verbraucht und wie viel Strom aus welcher Anlage in das Netz eingespeist wurde. Dazu wird zwischen beiden Erzeugungsanlagen ein zusätzlicher Abgrenzungsstromzähler installiert. Der Fachmann spricht von einer Kaskadenmessung nach VDE-AR-N 4105 Anhang B.7. Dabei wird die PV-Anlage mit der höheren Einspeisevergütung näher am Hausanschlusskasten angeklemmt, damit vorrangig der weniger hoch vergütete BHKW-Strom in der Kundenanlage verbraucht wird.

3 zentralen Kraft-Wärme-Kopplung im Heizungskeller vom Staat mit einem KWK-Impulsprogramm gefördert. Nano-BHKW mit einem Kilowatt elektrischer Leistung erhalten derzeit einen Baukostenzuschuss von Euro. Größere Mikro-BHKW erhalten abhängig von ihrer elektrischen Leistung sogar einen Zuschuss von bis zu Euro. Dem großen Einsparpotenzial steht jedoch auch eine Investition von mindestens Euro für ein aktuelles Nano-BHKW gegenüber. Damit sich die Investition amortisiert, muss die Anlage auf ein Mindestmaß an Laufzeit kommen. Ein ganzjähriger Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser von mehr als kwh sowie ein Stromverbrauch von über chen mit einem Einfamilienhaus lässt sich folglich für etwa den doppelten Preis gleich die achtfache Anzahl an Wohnungen versorgen. Auch die Besitzer von Einfamilienoder Reihenhäusern haben die Möglichkeit, von diesem Skaleneffekt zu profitieren. Statt einer Heizung für jedes Objekt, lassen sich nämlich auch Nahwärme- und Stromleitungen durch ein Reihenhaus oder zum Nachbargrundstück legen. Ganz nebenbei spart man damit auch die bisher mehrfach anfallenden Grundgebühren für den Gas- und Stromanschluss sowie den Schornsteinfeger. Die Leitungen einer solchen Kundenanlage können sich unter Ausschluss des örtlichen Stromnetzbetreibers über mehrere Häuserblöcke erstre- Sonnensteuer und EEG-Polizei Einen Dämpfer erfährt die Wirtschaftlichkeit der Mikro-KWK allerdings durch die Mitte 2014 erfolgte Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Die als Sonnensteuer viel gescholtene EEG-Umlage auf Eigenstrom erfasst nämlich nicht nur den Eigenverbrauch aus Photovoltaikanlagen, sondern auch aus stromerzeugenden Heizungen. Der Protest tausender Kleinanlagenbetreiber wurde von der Politik nur bedingt gehört: Die Bagatellgrenze für Anlagen bis 10 kw Leistung in Form einer Freimenge von kwh wird in erster Linie PV-Anlagen im Einfamilienhausbereich sowie den kleinen Nano-BHKW mit Das Nano-BHKW Vaillant ecopower 1.0 ist mit einem Verbrennungsmotor von Honda ausgestattet. Vertrieben wird es zumeist in Paketen mit einem Pufferspeicher, Warmwasserbereitung und einer Spitzenlasttherme. Bilder: L.-F. Stahl kwh sind die Voraussetzungen für einen wirtschaftlich sinnvollen Betrieb selbst der kleinsten stromerzeugenden Heizungen. Lohnender Zusammenschluss Die verhältnismäßig aufwendige Technik für eine stromerzeugende Heizung lässt sich natürlich einfacher abbezahlen, wenn mehrere Verbraucher versorgt werden. Denn mit steigender Leistung wird die Technik zwar größer, nicht aber komplizierter und nur unwesentlich teurer: Das zeigt das auf S. 155 abgebildete Beispiel eines umgebauten Bauernhauses mit acht Wohnungen. Installiert ist ein BHKW vom Typ smartblock 7,5 des bayerischen Herstellers KW Energie. Es ist ab Euro erhältlich. Verglicken, wie die Bundesnetzagentur unlängst feststellte (Az. BK ). Lediglich für die Querung von öffentlichem Grund ist eine Abstimmung mit der Stadt oder Gemeinde erforderlich. Bereits verlegte Kabel des Stromnetzbetreibers lassen sich hingegen nicht nutzen. Denn für die Nutzung des öffentlichen Netzes fallen hohe Netzentgelte, Konzessionsabgaben sowie zahlreiche Umlagen für jede durchgeleitete Kilowattstunde an. Insgesamt sind Aufwand und Kosten für die Nutzung des Netzes zur allgemeinen Versorgung derart hoch, dass diese Möglichkeit nur für große Kraftwerke in Betracht kommt. Kleinanlagenbetreiber sind gezwungen, eigene Erdkabel zu verlegen, wenn der eigene Strom zu anderen Häusern gelangen soll. einem oder zwei Kilowatt elektrischer Leistung zugutekommen. Schon ein Mehrfamilienhaus-Mikro-BHKW mit 5 kw elektrischer Leistung erzeugt bei einer Jahreslaufleistung von Stunden rund kwh Strom, von denen in der Praxis 50 bis 70 Prozent selbst verbraucht werden. Anlagen in Nahwärmenetzen oder Mehrfamilienhäusern werden also über der Bagatellgrenze liegen und müssen eine anteilige EEG-Umlage bezahlen. BHKW-Betreiber, die ihren Eigenverbrauch nicht anmelden, zahlen rückwirkend sogar die volle EEG-Umlage in Höhe von derzeit 6,24 Cent je kwh. Damit Betreiber von Kleinanlagen nicht durch das Erhebungsraster fallen, gewährt der Gesetzgeber den Übertragungsnetzbetreibern Zugriffe auf das 156 BUND Ökologisch Bauen & Renovieren 2015

4 BAFA-Anlagenregister, auf die Anträge von BHKW-Betreibern auf Energiesteuerentlastung bei den Hauptzollämtern sowie auf Informationen zum KWK-Zuschlag und zur Einspeisevergütung, die den Verteilnetzbetreibern vorliegen. Diese Daten sollen die Übertragungsnetzbetreiber, wie bei einer polizeilichen Rasterfahndung, mit ihren Datensätzen zu Ermittlungszwecken abgleichen. Anlagen mit Verbrennungsmotor In den achtziger Jahren konzentrierte sich die Heiztechnikbranche im Bereich kleiner KWK-Anlagen auf die bewährte Technik des Verbrennungsmotors. Vereinfacht gesagt besitzt ein klassisches BHKW einen Automotor, der an Stelle der Räder einen Stromgenerator antreibt. Dazu kommen Wärmetauscher für das Heizungswasser, eine komplexe Steuerung sowie die Schalldämmung. Im Detail ist ein BHKW-Motor natürlich anders ausgelegt als ein Pkw-Motor. Deshalb scheitern auch die meisten Bastel- und Selbstbauprojekte mit alten Automotoren. Denn nimmt man eine Pkw-Durchschnittsgeschwindigkeit von 65 Stundenkilometern an, erreicht ein BHKW bereits nach einem halben Jahr Dauerbetrieb das Äquivalent von km Laufleistung. Es liegt auf der Hand, dass der angestrebte BHKW-Betriebszeitraum von zehn Jahren ein vollkommen anderes Motorendesign erfordert: An Stelle von möglichst leichten und für einen breiten Leistungsbereich optimierten Automotoren, werden für BHKW Industriemotoren mit langlebigeren und wartungsfreundlichen, aber schweren Komponenten verwendet. BHKW mit Verbrennungsmotor benötigen wie ein Auto regelmäßige Wartungen mit Filter-, Ölund Zündkerzenwechsel sowie Ventileinstellung. Die Wartungskosten sind wie auch die Investitionskosten relativ hoch. Zudem können KWK-Modul, Motor- und Generatoreinheit sowie die Spitzenlasttherme als Zusatzheizung für die Wintermonate nicht in ein gemeinsames Gehäuse integriert werden. Das führt zu zusätzlichem Platzbedarf im Heizungskeller und erhöht den Installationsaufwand. Der Lohn für diesen Aufwand ist die Effizienz: Das Vaillant eco- POWER 1.0 mit einem Verbrennungsmotor des japanischen Herstellers Honda erzeugt beispielsweise bei der Produktion einer Kilowattstunde Strom nur 2,5 Kilowattstunden Wärme. Dabei gilt: Je geringer der Anteil der Wärmeerzeugung im Verhältnis zur Stromproduktion ist, desto längere Laufzeiten erreicht eine stromerzeugende Heizung im Sommer, wenn nur wenig Wärme für die Warmwasserbereitung benötigt wird. Und längere Laufzeiten bedeuten: mehr Stromproduktion. asue _anzeige_jahrbuch_bund_a_02_rz_01.indd TECHNISCHE INFORMATIONEN KVH (Keilgezinktes Vollholz) DUOBALKEN, TRIOBALKEN (Balkenschichtholz) Bild: L.-F. Stahl Überarbeitete Fassung auf der Grundlage der DIN EN :2010 (Eurocode 5-1-1) Die innovativen Steuerungen der kleinen KWK-Anlagen mit Touchscreen und Internetanbindung erleichtern die Optimierung der Stromproduktion.

5 Anlagen mit Stirlingmotor Seit etwa zwei Jahren bekommt der Verbrennungsmotor zumindest bei den Nano-BHKW merklich Konkurrenz vom Stirlingmotor. In ihm wird ein Arbeitsgas von außen bei der Verbrennung des Brennstoffes erhitzt und durch das Heizungswasser an anderer Stelle gekühlt. Zwischen dem heißen und dem kühleren Bereich bewegt sich das Arbeitsgas hin und her. Die entstehende Bewegungsenergie wird von einem Generator in Strom umgewandelt. Aufgrund fehlender Verbrennungs- und Explosionsprozesse im Motor arbeiten Stirlingmotoren vergleichsweise leise. Sie sollen eine hohe Lebensdauer erreichen und wartungsfrei betrieben werden können. Bei der Effizienz hinsichtlich der Stromgewinnung wird der Stirlingmotor jedoch noch aufholen müssen: Das von allen aktuellen KWK- Spitzenlastbrenners. Einen Sonderweg geht der Hersteller SenerTec, der seinen Dachs Stirling SE als Kombi-Standgerät mit integriertem Pufferspeicher und Warmwasserbereitung anbietet. Hoffnungsträger Brennstoffzelle Großes Potenzial hinsichtlich des elektrischen Wirkungsgrades hat die Brennstoffzelle. Mit dem BlueGen von Ceramic Fuel Cells erreicht das erste erhältliche Nano-BHKW auf Brennstoffzellenbasis einen Wert von nur 0,4 kwh Wärme pro erzeugter kwh Strom und schlägt damit bereits heute den Verbrennungsmotor um Längen (siehe Seite 159). Die geringe Wärmeleistung ermöglicht einen ganzjährigen Betrieb und damit eine nahezu autarke Stromversorgung. Den elektrischen Wirkungsgrad des BlueGen erreichen andere Brenn- Wirtschaftlichkeitsprognose Wichtig ist bei der Planung von BHKW in jedem Fall eine Prognoseberechnung der Wirtschaftlichkeit anhand der tatsächlichen Verbrauchs- und Gebäudedaten. Entsprechende Berechnungen können von unabhängigen Energieberatern oder von Installationsbetrieben im Rahmen eines Angebotes erstellt werden. Bei diesen Berechnungen sollten sich Interessenten unbedingt jede Position genau erklären lassen und keinesfalls nur die Zahlen unterm Strich vergleichen. Denn maßgeblich für das Ergebnis einer Prognose sind neben den tatsächlichen Rahmendaten auch die getroffenen Annahmen. Und die weichen bei den Berechnungen verschiedener Berater und Anbieter stark voneinander ab. Auch für die Besitzer von kleinen Immobilien bieten die neuen stromerzeugenden Heizungen mit nur einem Ki- Die Brennwertthermen Viessmann Vitotwin, Brötje EcoGen und Remeha evita sowie das Standgerät Dachs Stirling SE von Senertec arbeiten mit dem gleichen Stirlingmotor der Microgen Engine Corporation (rechts). Bilder: Viessmann/Brötje/Remeha/Senertec/L.-F. Stahl Brennwertthermen mit Stirlingmotor verwendete Aggregat des Herstellers Microgen erzeugt bei der Produktion einer Kilowattstunde Strom mindestens 5 kwh Wärme doppelt so viel wie beim Verbrennungsmotor. Zudem gibt es hinsichtlich der tatsächlichen Lebensdauer der Motoren noch keine validen Erfahrungswerte aus der Praxis. Angeboten werden die KWK-Wandthermen mit Microgen-Stirlingmotor von De Dietrich Remeha als evita, von Brötje unter dem Namen Eco- Gen und von Viessmann als Vitotwin. Sie unterscheiden sich nur durch Details wie die verbaute Steuerung und die Heizleistung des integrierten stoffzellen derzeit bei Weitem nicht. Sie befinden sich in Feldtests wie dem Callux-Praxistest oder dem von der EU geförderten ene.field-projekt. Einzig Viessmann offeriert seit April 2014 die Vitovalor 300-P -Brennstoffzelle für Einfamilienhäuser. Das Gerät produziert 1,3 kwh Wärme je erzeugter kwh Strom. Listenpreise werden offiziell nicht kommuniziert, gut informierte Kreise berichten jedoch von einem Preis über Euro mit einer Auflage von nur etwa 100 Geräten im Jahr Einzelne Bundesländer unterstützen die Markteinführung von Brennstoffzellen mit Zuschüssen von bis zu 50 Prozent der Anschaffungskosten. lowatt elektrischer Leistung eine interessante und je nach Situation auch wirtschaftliche Alternative zur Brennwerttherme. Die zurzeit im Rahmen der Markteinführung noch recht hohen Investitionskosten für die kleinsten stromerzeugenden Heizungen erlauben einen wirtschaftlichen Betrieb jedoch nur bei passenden Rahmenbedingungen also bei Immobilien mit relativ hohem Wärmebedarf und einem nicht zu geringen Strombedarf. Dann können Mikro-BHKW die Energiekosten sogar stark senken und sich bereits nach wenigen Jahren bezahlt machen. Und für die Umwelt sind sie in jedem Fall ein Gewinn. Louis-F. Stahl 158 BUND Ökologisch Bauen & Renovieren 2015