Funktionsweise eines BHKW – die Technik einfach erklärt

Wind, Sonne, Wasserkraft oder doch lieber ein BHKW? Geht es um die Energiewende und um die Frage, wer nach dem Ende von Kohle- und Atomenergie die Versorgungssicherheit gewährleisten kann, so kommen verschiedenste Energiequellen infrage. Dabei gewinnt das BHKW dank seiner Funktionsweise zunehmend an Bedeutung. Schließlich kann es Strom und Wärme gleichzeitig produzieren.

Was es zur Funktionsweise eines BHKW zu wissen gibt und welche große Rolle das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung dabei spielt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Das BHKW und seine Funktionsweise

Um ein BHKW und seine Funktionsweise zu verstehen, spielt ein weiteres System eine wichtige Rolle: Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK. Dahinter steckt ein energietechnisches System, das in einer Kraftmaschine gekoppelt ist und Strom oder mechanische Energie sowie Wärme bereitstellt. Als Verbrennungskraftmaschine ist ein BHKW eine Variante der KWK.

Kurz erklärt: Der Begriff der Kraft-Wärme-Kopplung

Erzeugen BHKW sowohl Wärme als auch Strom, ist vom Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung die Rede. Als sogenannte KWK-Anlagen lassen sie sich dezentral, flexibel und unabhängig betreiben. Das macht es möglich, flexibel auf Schwankungen im Energienetz reagieren zu können, was diese BHKW-Funktionsweise besonders beliebt macht. Denn diese Art der Energiebereitstellung ist effizient, netz- und systemdienlich zugleich. Zudem lassen sich dank KWK Brennstoffnutzungsgrade von bis zu 90 Prozent (ca. 40 Prozent elektrische und 50 Prozent thermische Energie) erreichen.

Dabei ist das Prinzip der KWK selbst brennstoffunabhängig. Das heißt: die Techniken, welche gekoppelt Strom und Wärme erzeugen, können dies auch höchsteffizient unter Einsatz erneuerbarer Energieträger tun. Also etwa synthetische Brennstoffe, Biomethan oder Wasserstoff.

Ein BHKW nutzt in den meisten Anwendungsfällen die Technik des Verbrennungsmotors. Sie ist seit über einem Jahrhundert vollumfänglich erprobt und wird zudem stetig weiterentwickelt. Ziel ist es, mit dieser speziellen BHKW-Funktionsweise die bestmögliche Effizienz bei der Energieherstellung zu erreichen. Damit sind Blockheizkraftwerke ein wichtiges Instrument für die Energiewende.

Schnell ist auch die Funktionsweise eines BHKW an sich erläutert

Jedes Blockheizkraftwerk verfügt über einen Motor, der sich durch unterschiedliche Brennstoffe antreiben lässt. Je nach Einsatzgebiet eignen sich verschiedene Motorenarten für ein BHKW:

• Ottomotor
• Dieselmotor
• Stirlingmotor

Ähnlich ist es mit den Brennstoffen. Gerade im Zuge der Energiewende und der Ziele der Bundesregierung zur CO2-Einsparung kommen dabei vermehrt gasförmige Brennstoffe aus erneuerbaren Energiequellen zum Einsatz. Das können zum Beispiel Deponie-, Bio- oder Klärgas sein. Aber auch fossile Brennstoffe wie fossiles Gas eignen sich für den Antrieb eines BHKW.

In Zukunft kann und wird das fossile Gas zunehmend durch erneuerbare Energieträger wie Wasserstoff, Biomethan und weitere synthetische Gase ersetzt werden. Dies kann oftmals durch einfache Anpassungen an bestehenden BHKW geschehen.

Läuft der Motor, so wandelt ein Generator die dabei entstehende mechanische Energie zu elektrischer Energie um – ein Prozess, bei dem Wärmeenergie freigesetzt wird. Ein weiterer, großer Teil an Wärmeenergie steckt zudem im heißen Abgas des Motors. Ein Abgaswärmetauscher entzieht dieser Wärme die Abgase und heizt dadurch Wasser auf. Auf diese Weise lässt sich die Wärme ins Heizsystem einspeisen und nutzbar machen.

Strom- oder wärmegeführt? Diese BHKW-Funktionsweisen gibt es

BHKW lassen sich sowohl stromgeführt als auch wärmegeführt einsetzen. Welche BHKW-Funktionsweise wann am besten ist, hängt dabei von unterschiedlichen Faktoren ab. Zunächst spielt die Größe eines BHKW eine entscheidende Rolle. Von Nano- und Mikro- bis hin zu Mini- und Groß-BHKW, gibt es unterschiedlichste Anlagen. Ihre elektrischen Leistungen können dabei zwischen 1 KW und mehreren 100 KW betragen.

Je nach Größe variieren auch die Einsatzgebiete eines Blockheizkraftwerks. Generell gilt: Je höher der Energiebedarf an elektrischer und thermischer Energie des Anwenders, umso lohnenswerter der Einsatz eines BHKW bzw. einer KWK-Anlage.

Neben der Größe spielt auch die Betriebsart eine wesentliche Rolle für ein BHKW und seine Funktionsweise. Hier gilt es, zwischen zwei Betriebsarten zu unterscheiden: dem wärmegeführten und dem stromgeführten Betrieb.

Der wärmegeführte Betrieb

Ein BHKW, dessen Funktionsweise als wärmegeführter Betrieb ausgelegt ist, hat das Ziel, den geforderten Wärmebedarf abzudecken. Der produzierte Strom wird entweder ins Netz der allgemeinen Versorgung eingespeist oder selbst verbraucht. Durch Pufferspeicher können oft noch höhere Wärmebedarfe abgedeckt werden.

Diese Funktionsweise war bisher vor allem im Bereich der Nahwärmeversorgung weit verbreitet.

Der stromgeführte Betrieb

Der stromgeführte Betrieb bildet das Pendant zum wärmegeführten Betrieb. Sein Ziel ist es, dann Strom zu erzeugen, wenn der Bedarf es verlangt. Dabei kann der Strom selbst verbraucht werden aber auch in Stromnetz eingespeist werden es verlangt.

Bisher waren wärmegeführte BHKW vor allem in der Wärmeversorgung Planungsgrundlage. In Zukunft wird dieser Betrieb jedoch immer mehr in Richtung stromgeführt gehen müssen. Mit Hilfe von großen Pufferspeichern können BHKW stromgeführt betrieben werden, unabhängig vom Wärmebedarf. Ziel ist es, vor allem Netzschwankungen und die sogenannte Residuallast bereitzustellen. Denn ein BHKW kann dies flexibel und dezentral.

Effizient und umweltfreundlich: die Vorteile eines BHKW

BHKW sind dank ihrer Funktionsweise nicht nur umweltfreundlich und arbeiten dank immer zunehmender Dekarbonisierung der Brennstoffe schon mit heutiger Technik CO2-arm bzw. CO2-neutral. Sie ermöglichen auch einen reduzierten Einsatz von Primärenergie. Das schont Ressourcen und minimiert laufende Energiekosten. Darüber hinaus lässt sich die in einem BHKW produzierte Energie bei einem dezentralen Einsatz extrem verlustarm bereitstellen.

Ihre flexible, stromgeführte Fahrweise macht Blockheizkraftwerke zudem als Ergänzung zu der fluktuierenden Energiebereitstellung aus Wind- und Sonnenkraft interessant. Ihr hoher Brennstoffnutzungsgrad durch die gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme kann die Energiewende dabei entscheidend vorantreiben.

Aber es gibt auch eine kleine Kehrseite. Denn BHKW sind sehr wartungsintensiv und haben einige Verschleißteile. Hinzu kommt der hohe Anschaffungspreis, der deutlich höher liegt als bei anderen Heizsystemen. Den Vorteilen eines BHKW und seiner effizienten Funktionsweise gegenübergestellt, fallen diese Nachteile jedoch nicht zwingend ins Gewicht.