Der Begriff Blockheizkraftwerk (BHKW) fasst Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen mit Verbrennungsmotoren, kleineren Gasturbinen und Brennstoffzellen zusammen, deren Leistungsbereich von ein paar Kilowatt bis einigen Megawatt elektrisch reicht. Eine weitere Abgrenzung gibt es im Leistungsbereich bis ca. 50 kW elektrisch. Hier spricht man vom Mini- oder Mikro-BHKW, welche typischerweise einzelne Objekte versorgen. Die Beschreibung BHKW umfasst u.a. Technologien wie Otto- und Dieselmotor sowie Stirlingmotor und Brennstoffzelle.

Jede dieser Technologien hat unterschiedliche Funktionen und Eigenschaften.

Welche das konkret sind und welche Rolle der Gasmotor im BHKW spielt, lesen Sie in diesem Beitrag.

1. Der Ottomotor

Das Verbrennungsverfahren des Ottomotors beruht auf dem Ottokreisprozess und bewährt sich seit über einem Jahrhundert – vor allem in der Automobilbranche. Im Vergleich zu Ottomotoren im PKW nutzt ein BHKW in der Regel gasförmige Brennstoffe anstelle von flüssigem Benzin oder anderen flüssigen Kraftstoffen. Gasförmige Brennstoffe sind u.a. Bio-, Erd-, Deponie-, Gruben- oder Holzgas. Auch Wasserstoff kann in einem Ottomotor als Brennstoff zum Einsatz kommen. Im Motor wird der Brennstoff mit Luft vermischt, verdichtet und mittels einer Zündkerze zur Verbrennung gebracht. Das expandierende Gas treibt den Kolben und letztendlich den Generator an. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme sowie die Wärme im Abgas wird über Wärmetauscher ausgekoppelt und nutzbar gemacht. Dabei werden elektrische Wirkungsgrade von über 40% und Gesamtwirkungsgrade von über 90% erreicht. Neben der hohen Effizienz kann der Ottomotor auch mit seiner guten Regelbarkeit und den niedrigen Emissionen punkten.

2. Der Dieselmotor

Wie der Ottomotor ist auch der Dieselmotor seit langer Zeit im Einsatz bei verschiedensten Antrieben. Anwendung finden sie vor allem in der Automobil- und der Schifffahrtsbranche sowie bei Nutzfahrzeugen und Notstromaggregaten.

Die Funktionsweise ähnelt der des Ottomotors. Jedoch ist der Dieselmotor ein sogenannter „Selbstzünder“. Das bedeutet, dass die Zündung des Gemisches nicht durch eine externe Quelle erfolgt, sondern aufgrund des hohen Drucks im Inneren. Die Wirkungsgrade sind ebenfalls vergleichbar mit denen des Ottomotors. Aufgrund der zum Einsatz kommenden Brennstoffen – in der Regel Diesel, Schweröl o.ä. – ist der Dieselmotor in stationären Anwendungen zur Energieerzeugung zunehmend rückläufig.

3. Der Stirlingmotor

Der Stirlingmotor wird durch von außen zugeführte Energie betrieben. Diese Eigenschaft ist äußerst wichtig, denn dadurch ist der Stirlingmotor variabel in seinem Brennstoff. Zudem arbeitet der Motor wartungs-, vibrations- und geräuscharm.

Im Vergleich zum Ottomotor besitzt der Stirlingmotor Nachteile, vor allem hinsichtlich seiner schlechteren Effizienz, schlechtere Regelbarkeit sowie seiner geringeren Marktdurchdringung (schlechtere Bewährtheit).

4. Die Brennstoffzelle

Zwar nutzt die Brennstoffzelle bei der Wandlung eine chemische Energieform (Brennstoff) und setzt diese in Wärme und Strom um. Jedoch spart sie sich im Vergleich zu den anderen Vertretern der BHKW-Technologien den Zwischenschritt über eine thermische und mechanische Energieform (Verbrennung, Kolben, Kurbelwelle). Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, welche durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Neben Wasserstoff können auch Brennstoffe wie Methanol, Butan oder Methan (Erdgas) zum Einsatz kommen.
Durch eine Reaktion des Brennstoffes mit Sauerstoff wird Energie in Form von Strom und Wärme frei, welche genutzt werden kann.

Die Brennstoffzelle kann mit einer hohen Energiedichte punkten. Weitere Vorteile einer Brennstoffzelle sind hohe elektrische Wirkungsgrade sowie ein geräuscharmer Betrieb.

Der Nachteil besteht in den hohen Kosten. Die spezifischen Kosten liegen oftmals noch über dem zehnfachen einer konventionellen Technik.

Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass der Ottomotor für stationäre Energieerzeugung den Stand der Technik darstellt, sowohl hinsichtlich der technischen wie auch der wirtschaftlichen Eigenschaften.

Eine Zukunft ohne Gasmotor-betriebene BHKW?

Spätestens mit dem von der Bundesregierung beschlossenen Ausstieg aus Kohle- und Atomkraft sind Themen wie Nachhaltigkeit, Umweltfreundlichkeit und Klimaschutz auch in der Energiebranche angekommen. Damit ist klar: Wenn eine konventionelle Energieerzeugung notwendig ist, dann sollte diese möglichst effizient in Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten und auch nachrüstbar oder umstellbar auf erneuerbare Brennstoffe sein.

Gasmotor-betriebene BHKW-Anlagen können das schon heute. Die bewährte Technik trägt neben der Dekarbonisierung und der Dezentralisierung auch zur Sektorenkopplung bei. Aufgrund ihrer guten Regelbarkeit stützen sie die volatilen erneuerbaren Lasten im Netz und tragen damit auch zur Versorgungssicherheit bei.

Fazit: Darum sollte man auf einen Gasmotor setzen

Keine Frage – wer einen Gasmotor für sein BHKW wählt, kann auf etlichen Ebenen punkten. Neben seinem klima- und ressourcenschonenden Betrieb ist ein Gasmotor der absolute Garant für die Wirtschaftlichkeit der BHKW-Anlage. Schließlich funktioniert er – bei entsprechender Wartung – zuverlässig und ohne Störungen. Für den Anlagenbetreiber heißt das: einmal investiert, mehrfach profitiert. Und das gleich für viele Jahre am Stück, denn durch die Brennstoffflexibilität in den kommenden Jahren ist auch eine Umstellung auf Wasserstoff möglich.