Kraft-Wärme-KopplungVernetzte Energie

Kleine Blockheizkraftwerke werden als ökologische Investition beworben. Sie sind jedoch nur selten effektiv. Das Konzept des "Schwarmstroms" soll das ändern. von 

Früher habe er »in Brokdorf auf den Bäumen gesessen«, sagt Thorsten Junge. »Jetzt bin ich dafür nicht mehr beweglich genug.« Zur Energiewende will der Kernenergiegegner aber auch im fortgeschrittenen Alter beitragen. Eine Solaranlage kam nicht infrage, sein Zweifamilienhaus steht im Schatten großer Bäume. Also ersetzte er seine Ölheizung im Keller durch ein Mini-Blockheizkraftwerk . Aus Erdgas erzeugt es die Wärme für Heizung und Heißwasser. Und nebenbei liefert es Strom – weit mehr als die Hausbewohner verbrauchen.

13,5 Prozent des Stroms in Deutschland stammen aus der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Die Bundesregierung will diesen Anteil bis 2020 auf 25 Prozent erhöhen. »Die Potenziale sind riesig«, schwärmt das Bundesumweltministerium, das deshalb den Einbau sogenannter »Mini-KWK«, die im Keller gleichzeitig Strom und Wärme produziert, künftig mit einem Zuschuss fördern will.

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Überall, wo Strom erzeugt wird, entsteht auch Abwärme. Der Gedanke, beide parallel zu nutzen, liegt auf der Hand. Schon das erste Großkraftwerk, die 1882 von Thomas Edison entworfene Pearl Street Station in Manhattan , belieferte die Nachbarschaft mit Heizenergie. Heute gilt die Kopplung von Kraft und Wärme als eine der wichtigsten Säulen eines neuen Energiekonzepts; KWK-Strom genießt den Ruf, besonders umweltfreundlich zu sein. Doch bei näherem Hinsehen merkt man: Das ist längst nicht immer der Fall. Sinnvoll ist die Kraft-Wärme-Kopplung nur dann, wenn dahinter ein kluges Konzept steht.

»Politik und öffentliche Meinung haben die Vorzüge der KWK stark überhöht und ihre Nachteile offensichtlich nicht hinreichend einbezogen«, lautet das Fazit einer Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG). In der Realität tendiere der Einspareffekt für private Nutzer bei kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) gegen null oder werde gar negativ. Diese setzen den Energieinhalt des verbrannten Erdgases nicht einmal zu 30 Prozent in Strom um. Damit liegen sie weit unter dem heutigen Standard. So setzt das modernste deutsche Gaskraftwerk in Irsching bei Ingolstadt mehr als 60 Prozent des Energieinhalts von Gas in Strom um. Auch bei der Wärmeerzeugung schneidet ein neuer Brennwertkessel mit mehr als 90 Prozent Wirkungsgrad deutlich besser ab als ein Mini-Blockheizkraftwerk mit gut 60 Prozent.

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Nur wenn man ein Mini-BHKW mit der getrennten Versorgung aus einer Gasheizung und dem derzeitigen deutschen Strommix vergleicht, ist seine Energieeffizienz um rund ein Drittel höher. Doch dieses Beispiel hinke, kritisiert die DPG. Es mache keinen Sinn, ein neues, erdgasbetriebenes BHKW zu vergleichen mit den deutschen Großkraftwerken, die meist alt sind und wenig effizient Kohle verbrennen. Zudem könne ein Mini-BHKW in die »ökologische Sackgasse« führen: Wer das teure Gerät installiert hat, verliert das wirtschaftliche Interesse an der energetischen Sanierung seines Hauses. Denn nach einer effizienten Wärmedämmung müsste die Heizung nur noch wenig laufen, es würde kaum mehr Strom erzeugt. Dann wird ein Mini-BHKW unattraktiv, weil viel staatliche Förderung entfällt – pro erzeugte Kilowattstunde 5,1 Cent, plus ein weiterer Cent für die vermiedene Nutzung des Höchstspannungsnetzes und aus der Energiesteuererstattung. Wer seinen Strom auch noch selbst verbraucht, spart weitere 20 bis 25 Cent pro Kilowattstunde, die er dann ja nicht mehr kaufen muss.

Die Anfangsinvestition ist mit rund 20.000 Euro zwar doppelt so hoch wie bei einer normalen Gasheizung, doch schon bei derzeitigen Stromkosten hat sie sich nach zehn Betriebsjahren amortisiert. Steigt der Strompreis schneller als der Gaspreis, wächst die Rendite weiter. »Eine kleine Goldgrube für Millionen moderner Einfamilienhäuser«, heißt es in der Werbung des Marktführers SenerTec. Rund 30.000 Mini-BHKWs sind in Deutschland bereits installiert. Für 2012 rechnen die Hersteller dank des BMU-Förderprogramms mit verstärktem Wachstum.

Leserkommentare
  1. Bei Kraftwerken geht es um den Wirkungsgrad, also aus wieveil grundressorsen wieviel Strom gewonnen werden kann.

    Da der Wirkungsgrad gard bei kleineren Kraftanlagen deutlich unter dem von Groskraftwerken liegt sind sie eher kontraproduktiv, da die gleiche Menge Grundressorsen in Grossen Karftwerken verbraucht mehr strom ergeben würde.

    Uahc haben wir für das " Swarmstromnetz " leider nicht genügent Nord-süd Leitungen, und da kem noch starkstromleitungsprojecte Reaöisiert werden wird es ein Hirngespinst bleiben.

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    Für ein "Schwarm-Strom-Netz" brauchen wir keine großen Nord-Süd-Trassen. Da der Strom dezentral produziert wird und zwecks Minimierung der Leitungsverluste möglichst nah am Standort der Produktion auch verbaucht werden sollte, um eine hohe Effizienz zu erreichen werden "Strom-Autobahnen" weitgehend unnötig.

    Die haben Sie vermutlich noch von der Windenergie-Diskussionen im Kopf.

    PS: Bitte achten Sie doch wenigstens ein ganz kleines bisschen auf die Rechtschreibung...

    • lef
    • 07. Februar 2012 21:12 Uhr

    Eine KWh Erdgas kostet mich ca. 8 ct.
    Wirkungsgrad 60%, das heißt in Strom je KWh ca 14 ct.
    Bezahlt bekomme ich 5,3ct.
    Wo ist da der Vorteil?

    Und wo ist der Kostenvorteil für die nächsten Abnehmer? Die kriegen Strom vom Großkraftwerk viel billiger!

    Auch die genutzte Abwärme ist für mich nicht gratis, die zahle ich ja zusätzlich als Erdgas!

    Hinzu kommt natürlich die teure Investition in ein BHKW mitsamt der ebenso teuren Wartungen, die je KWh zusätzlich rund 12 ct. kosten - eine Brennwertheizung ist weit billiger, langlebiger, leichter zu warten usw., da kann ich mit ca. 2 ct/KWh rechnen.

    Insgesamt zahle ich für selbstproduzierten Strom kaum weniger, als für den vom Stromversorger - und betrüge den mit der Netzpauschale, betrüge den Staat wegen der Stromsteuer (die müssen Andere zahlen) usw.

    Hinzu kommt der Lärm im Keller oder alternativ (mit Stirlingtechnik) ein richtig schlechter Wirkungsgrad.

    Das möge mir mal jemand vorrechnen, wie das sich lohnen soll!

    Großkraftwerke mit Erdgas sind trotz Abwärmeverlust billiger, weil das Erdgas viel billiger ist - da sind eben kaum Netzkosten zu bezahlen.
    Aber Netze sind auch viel Energieaufwand, der bezahlt werden muss.

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    lohnt sich aber nat nur wenn der strom sozusagen als bonus gerechnet werden kann und das ganze sich über die wärmeprod schon lohnt.
    muss nat. auf den jeweiligen komplex jeweils neu gerechnet werden
    da kann das gerät das beim einen mist ist beim anderen passen

    • serins
    • 08. Februar 2012 7:33 Uhr

    Entfernt. Verzichten Sie auf polemische und beleidigende Äußerungen. Die Redaktion/mak

  2. ...aber so richtig überzeugt bin ich nicht.

    Grundsätzlich bin ich ein großer Freund der Kraft-Wärme-Kopplung, lässt sich doch so der grundsätzlich maximale Wirkungsgrad einer Stromerzeugungsanlage drastisch erhöhen.

    Nur sollte man doch bedenken, dass heute bereits sehr viele Kraftwerke nach diesem Prinzip arbeiten: Sie erzeugen Strom durch die Kraftkomponente und liefern Fernwärme in die entsprechenden Netze. Dies erklärt wohl auch den Wirkungsgrad von 60% des im Artikel erwähnten Gaskraftwerks.

    Dumm dabei ist der hohe Verlust beim Transport der Wärme - besonders über längere Strecken. Auch der Material-, Wartungs- und Erstellungsaufwand der Letungen ist erheblich. Ein Punkt also für die kleinen Schwarmeinheiten.

    Allerdings sind die Verluste beim Transport von Gas bis hin zum Verbraucher auch nicht ohne: Neben den Lecks gibt es da auch recht hohe Reibungsverluste. Der Aufwand dürfte ähnlich dem Fernwärmenetz sein, nur ohne Isolierung. Also ein punkt für zentralisierte Kraftwerke.

    Ähnlich geht es beim Transport von Strom: Auch da sind Verluste allgegenwärtig (Lecks, reibung, Wärme etc.). Das Netz ist ebenfalls recht Aufwändig, dennoch weniger als ein Fernwärmenetz. Dies wiederum spricht für den Schwarm. Also ein Punkt für den Schwarm.

    Doch obwohl ich hier auf ein 2:1 für den Schwarm komme, tue ich mir mit einem klaren Sieg schwer.

    Mir scheint eine heterogene Energieerzeugung - auch mit kleinen Einheiten - da doch wesentlich vielversprechender.

  3. lohnt sich aber nat nur wenn der strom sozusagen als bonus gerechnet werden kann und das ganze sich über die wärmeprod schon lohnt.
    muss nat. auf den jeweiligen komplex jeweils neu gerechnet werden
    da kann das gerät das beim einen mist ist beim anderen passen

    Antwort auf "Kurz nachgerechnet:"
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    • lef
    • 08. Februar 2012 23:29 Uhr

    was Sie denken!

    Sie meinen also, die ganze Energie macht Wärme und der Strom kommt irgendwie vom Himmer gefallen und dann heraus aus Iher Steckdose?

    Diesem Irrtum unterliegen Viele,
    in Wirklichkeit entsteht natürlich keine Energie aus dem Nichts und natürlich verbraucht auch der Strom einen Teil von dem Erdgas, das Sie vorher teuer gekauft haben.
    Es gibt da gewisse physikalische Gesetze.........

    • MisterT
    • 07. Februar 2012 21:58 Uhr

    Hach waere das schoen, wenn es den Strom dann gibt wenn man ihn braucht. Hier in der Schweiz darf ich von 11:00 bis 12:00 Uhr nicht waschen, da stellt der lokale Netzbetreiber knallhart den Strom ab (zum Glueck nur der Strom fuer die Waschmaschine, Kochen darf man)!
    http://www.ibbrugg.ch/die...
    Vielleicht sollte VW und Lichtblick mal fuer die Schweizer eine Waschmaschine mit Gasmotor und Abwaermenutzung zum Waschen entwickeln. Das waere eine saubere Sache und ein Lichtblick.

    (in der Schweiz muss man waschen wenn man dran ist. Hier gibt es eine Maschine fuers Mehrfamilienhaus, und einen strengen Waschplan. Von daher die Notwendigkeit, auch mal Mittags zu waschen. Siehe auch: der Waschkuechenschluessel: http://universum.blueblog... ).

  4. Die Kernidee des Mikro BLockheizkraftwerkes ist einfach:

    Wärme lässt sich einfacherer speichern als Strom. Zudem benötigen wir im Winter bzw. im Sommer - zu einigen Zeitpunkt Spitzenstrom.

    Die Frage ist nun, welche Rolle können Mikro BHKW in einem 100% EE Szenario einnehmen? -->

    Wir brauchen Saisaonale Speicher Energiespeicher, also die langfristige Speicherung von "Strom" bzw. Energie in Form von Erdgas oder Wasserstoff. Dafür können wir auch die bereits vorhandene Infrastruktur nutzen bzw. in Notfällen und in Übergangszeiten auf fossile Brennstoffe zurückgreifen.

    Wir wissen, dass der jährliche Spitzenbedarf an Strom meist eng korreliert ist mit den Außentemperaturen - d.h. wenn es kalt ist brauchen wir auch viel Strom.

    Daher kann in einem 100% EE Szenario gleichzeitig der erzeugte Strom genutzt werden, als auch die erzeugte Wärme.

    Stellt sich die Frage, ob nicht im Idealfall größere GuD Kraftwerke ganze Städte über ein Nahwärmenetz verorgen sollten (Wirkungsgrad bis 60% el) oder ob es Mikro BHKW sein sollten. Eventuell kämen auch Brennstoffzellen in Frage (Wirkungsgrad bis zu 80 - 90% el.).

    Der benötigte Brennstoff kann über Elektrolyse aus überschüssigem Wind / Sonnenstrom generiert werden oder über die Einspeisung von Methan aus Biogasanlagen bzw. mit Nutzung von Holz als Zusatzbrennstoff (funktioniert bei GuD auch mit Kohle, Öl etc).

    Wahrscheinlich bietet eine Kombination aller Methoden Vorteile - vor allem aus dezentralen Machtaspekten.

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    • Fuji
    • 07. Februar 2012 22:47 Uhr

    ... Fernwärme auskoppeln, dann kommen Sie aber nur noch auf ca. 40-45% elektrischen Wirkungsgrad. Da fehlt dann nämlich die Niederdruck-Dampfturbine, weil kein Dampf mehr da ist.

    Und zeigen Sie mir mal eine Brennstoffzelle mit 80-90% elektrischen Wirkungsgrad!

  5. ... thermodynamischer Wirkungsgrad des Kreisprozesses?

    Antwort auf
  6. bei den jetztigen Temp. Auto fahren haben sie auch einen großen Wirkungsgrad, weil der Motor fast nicht genügend Abwärme produziert um das Auto warm zu kriegen.

    Genauso ist das mit dem Schwarmnetz, im Winter werden sie sicher einen Wirkungsgrad an die 100 % hinbekommen, das Problem liegt im Sommer, wenn die Abwärme nicht sinnvoll genutzt werden kann, dann macht sich der geringere Wirkungsgrad des Motrs gegenüber den modernen GAsturbinen bemerkbar. Ich nehm mal an das die hier genannten Zahlen den Jahresdurchschnitt angeben.

    Allerdings muß man sagen das so ein virtuelles Kraftwerk ideal ist die Schwankungen aus Wind und Sonnenenergie zu kompensieren, und für eine hohe Netzstabiltät und Ausfallsicherheit sorgen könen, weil bei Defekten immer nur eine kleine Einheit wegfällt.

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    Die Wärme wird im Sommer wahrscheinlich nur als Warmwasser gebraucht. In einem 100% EE Szenario stehen die Kraftwerke wahrscheinlich im Sommer still.

    • lef
    • 08. Februar 2012 0:20 Uhr

    Blockheizkraftwerke haben recht hohe Verluste, weil die Auspuffkraft nicht genutzt werden kann - das sind ungefähr 10-15%.
    Die Auspuffwärme zu nutzen ist schwierig, abr das sind nochmals 30% - davon ist die Hälfte rückgewinnbar.

    Insgesamt also sieht es sehr schlecht aus.

    Stirlinggeräte haben etwas höheren Gesamtwirkungsgrad (weil keine Auspuffkraft), aber sind sehr schlecht im Stromherstellen.

    Hinzu kommt Preis, Abnutzung und hohe Wartungskosten der Anlage - alles richtig teuer und energieaufwändig.

    Schwarm"intelligenz" ist das ganz sicher nicht!!

    Nur reine Brennwertheizungen haben einen recht guten Wirkungsgrad von ca. 95%.

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