Strom und Wär­me haus­ge­macht dank KWK

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) heißt das Prinzip, nach dem stromerzeugende Heizungen arbeiten. Dazu zählen Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellen, die zunehmend in Eigenheimen zum Einsatz kommen. Die Geräte liefern umweltfreundliche Energie und machen unabhängig von den schwankenden Preisen der Energieversorger.

Blockheizkraftwerke (kurz: BHKW) und Brennstoffzellen werden oft in einem Zug genannt. Sie haben eines gemeinsam: das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Damit ist die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme gemeint. KWK-Anlagen sind relativ neu in deutschen Heizungskellern. Sie sorgen dafür, dass sowohl Fernseher, Kaffeemaschine und Musikanlage laufen, bescheren aber auch angenehme Temperaturen im Wohnzimmer. 

Zu den Technologien, die die KWK nutzen, gehören Brennstoffzellen und Blockheizkraftwerke. Das Umweltbundesamt (UBA) definiert die Kraft-Wärme-Kopplung als „gleichzeitige Umwandlung von Energie in mechanische oder elektrische Energie und nutzbare Wärme innerhalb eines thermodynamischen Prozesses“. Was heißt das? In erster Linie produzieren KWK-Anlagen Strom. Wärme entsteht dabei sozusagen als „Abfallprodukt“, dass zum Heizen und Warmwasserbereiten genutzt werden kann. Das sorgt für einen wesentlich höheren Wirkungsgrad von KWK-Anlagen im Vergleich zu anderen Wärmeerzeugern. Man schlägt quasi zwei Fliegen mit einer Klappe.  

Je nach eingesetzter Technologie unterscheiden sich die Kosten für eine KWK-Anlage. Im Allgemeinen summieren sich folgende Posten:

• Brennstoffbeschaffung und -lagerung: Die Ausgaben für die Brennstoffbereitstellung variieren je nach der gewählten Option für Hausbesitzer. Beispielsweise erfordert die Nutzung von Erdgas einen Gasanschluss. Muss dieser neu verlegt werden, verursacht das Kosten von 1.500 bis 3.000 Euro. Die Verwendung von Flüssiggas erfordert einen Tank, der zwischen 2.500 und 3.500 Euro kostet. 

• Kosten für den Erwerb von KWK-Technik: Die Kosten für die Anschaffung einer KWK-Anlage variieren je nach gewähltem System, ähnlich wie bei der Brennstofflagerung. Für ein BHKW oder ein Stirling-Gerät müssen Hausbesitzer mit ungefähr 15.000 bis 20.000 Euro rechnen, während Brennstoffzellen heutzutage Kosten von 25.000 bis 35.000 Euro verursachen.

• Kosten während des laufenden Betriebs: Die Gesamtkosten für den Betrieb einer KWK-Anlage setzen sich aus den Heizkosten und den Vergütungen oder Einsparungen der Stromerzeugung zusammen. Die Heizkosten hängen stark vom energetischen Zustand eines Gebäudes ab. Die Einsparungen können variieren, je nachdem, wie die Kraft-Wärme-Kopplung in das energetische Gesamtsystem eines Gebäudes eingebunden ist. Genau einschätzen lässt sich das erst nach einer Analyse der bisherigen oder erwarteten Verbrauchswerte. Die Kosten für jede Anlage müssen individuell ermittelt werden.

KWK-Anlagen lassen sich in puncto Art, Brennstoff, Leistung und Versorgungsaufgabe unterscheiden. Ursprünglich kommt das Prinzip der KWK aus der Industrie. Kraftwerke nutzen die Kraft-Wärme-Kopplung beispielsweise, um Strom ins Netz einzuspeisen und nahegelegene Siedlungsgebiete mit Fernwärme zu versorgen. Für die Versorgung von Ein- und Mehrfamilienhäusern gibt es Geräte in kleinen Leistungsgrößen auf dem Markt. Bei diesen kleinen Anlagen für den Hausgebrauch kommen verschiedene Mechanismen zum Einsatz, um Strom und Wärmeenergie gleichzeitig zu erzeugen:

• Otto oder Diesel-Verbrennungsmotoren

• Stirlingmotoren

• Gasturbinen

• Dampfmotoren

• Brennstoffzellen

Üblicherweise kommen Gasturbinen und Dampfmotoren in der Industrie oder für die öffentliche Wärmeversorgung zum Einsatz. Für den Einsatz in Wohngebäuden haben sich Mikro-Blockheizkraftwerke mit Otto-, Diesel- oder Stirlingmotoren sowie Brennstoffzellen etabliert.

Blockheizkraftwerke (BHKW) wurden ursprünglich nur in der Industrie in Form von Großanlagen genutzt. 1996 startet die Firma Senertec die Produktion des „Dachs“ – so nannte sie das erste serienreife Mikro-Blockheizkraftwerk fürs Eigenheim. Inzwischen haben zahlreiche Hersteller mit der Produktion von Mikro-BHKWs nachgezogen. Der Vorsatz „Mikro“ steht für die Leistungsgröße eines BHKWs – die Geräte verfügen über eine elektrische Leistung von mehr als 2,5 Kilowatt bis zu 15 Kilowatt (kW). Sie sind optimal für den Einsatz in einem Einfamilienhaus dimensioniert. 

Blockheizkraftwerke – Leistungsgrößen im Überblick:

Ein Stirling- oder Ottomotor treibt im BHKW einen Generator zur Stromerzeugung an. Die Abwärme, die dabei entsteht, wird mittels Wärmetauscher über den Kühlwasserkreislauf an das Heizsystem übertragen. So lässt sie sich zur Raumheizung und Warmwasserbereitung nutzen. Der erzeugte Strom kann selbst verbraucht oder gegen eine Vergütung ins Stromnetz eingespeist werden. Der eingesetzte Brennstoff – meist Erdgas, Flüssiggas oder Öl – wird durch das Prinzip der Kraft -Wärme-Kopplung doppelt ausgenutzt. Die hohen Wirkungsgrade senken nicht nur die Strom-, sondern auch die Heizkosten. Sowohl bei der Heizungsmodernisierung als auch beim Neubau kann ein Mikro-BHKW die eigenen vier Wände effizient mit Energie versorgen. Im Alltagsbetrieb sollten die stromerzeugenden Heizungen möglichst lange und gleichmäßig laufen. Als Faustregel gilt: Je höher der Wärmebedarf und die Betriebsstunden pro Jahr, desto effizienter arbeitet ein Mikro-Blockheizkraftwerk. 

Apollo-Astronauten nahmen sie mit zum Mond, sie treiben U-Boote und Autos an: Brennstoffzellen. Als Energielieferanten für besondere Missionen haben sie sich einen Namen gemacht. Inzwischen sind sie auch in den ein oder anderen Heizungskeller eingezogen.

Brennstoffzellen verschmelzen Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Im Unterschied zu BHKWs oder Stirling-Geräten kommt die Brennstoffzelle ohne Verbrennung aus. Daher sagt man, sie arbeitet mit einer „kalten Verbrennung“. Im Zuge dieser chemischen Reaktion entsteht neben Strom Wärme, die sich zum Heizen und Warmwasserbereiten nutzen lässt. Den Wasserstoff gewinnen Brennwert-Heizanlagen aus Erd-, Flüssig- oder Biogas, das sie aus dem öffentlichen Gasnetz beziehen. Im Zuge des chemischen Prozesses spaltet die Brennstoffzelle Gas in seine Einzelteile auf, wobei Elektronen frei werden. Diese bewegen sich zwischen zwei Elektroden und Strom entsteht. Anschließend findet eine kontrollierte Reaktion statt und die freigesetzten Teilchen verbinden sich mit Sauerstoff aus der Luft. Wärme wird frei, die an den Heizkreislauf abgegeben werden kann. Dieser Vorgang sorgt für Wirkungsgrade von bis zu 95 Prozent, eine emissionsarme Energieerzeugung und die weitestgehende Unabhängigkeit von den schwankenden Preisen des Strommarktes. Sie können die Energiekosten vieler Immobilieneigentümer minimieren und die Umwelt entlasten. So die Hoffnung der Bundesregierung, die Immobilienbesitzer bei der Anschaffung einer Brennstoffzelle finanziell unterstützt. 

Die Zeichen stehen also auf Grün. Wenn da nicht der Preis für die innovativen Energiewunder wäre. Momentan kosten die bislang noch in kleinen Stückzahlen gefertigten Geräte zwischen 15.000 und 25.000 Euro. Die hohen Investitionskosten lohnen sich, wenn die Brennstoffzellenheizungen viel Strom produzieren, der idealerweise selbst verbraucht wird. So sind die Einsparungen am höchsten. Die Crux an der Sache ist jedoch, dass KWK-Strom nur dann produziert wird, wenn zugleich die anfallende Abwärme genutzt wird. Haushalte eines typischen Einfamilienhauses benötigen allerdings zwischen Frühling und Herbst nur wenig Heizwärme, während der Stromverbrauch über das Jahr hinweg eher konstant bleibt. Für die Dimensionierung einer KWK-Anlage bedeutet das einen ziemlichen Spagat. KWK-Anlagen werden nach der Grundlast ausgelegt – dem Wärmebedarf, der über weite Teile des Jahres konstant vorherrscht. Egal, ob es um eine Brennstoffzelle oder ein Mini- oder Mikro-Blockheizkraftwerk geht: Die Geräte müssen für den jeweiligen Einsatzort geplant werden und ihre Leistung auf der Basis vorhandener oder simulierter Verbrauchsdaten festgelegt werden. Das sollte ein Fachbetrieb übernehmen.

Brennstoffzellen erzeugen im Vergleich zu anderen KWK-Systemen Strom und Wärme in einem nahezu gleichen Verhältnis. Selten wird Strom und Wärme zu gleichen Teilen im Haushalt gebraucht. Daher ist es sinnvoll die produzierte Energie zu bevorraten. Da KWK-Anlagen möglichst selten an- und ausgeschaltet werden sollten, lohnt sich ein großer Pufferspeicher zur Zwischenspeicherung der Wärmeenergie. Auch die Anschaffung eines Stromspeichers ist ratsam, um Bedarfsschwankungen auszugleichen. 

Im Vergleich zu anderen Möglichkeiten der Strom- oder Wärmeerzeugung ist die Technologie von KWK-Anlagen für den Einsatz in Privathaushalten relativ neu. Sie revolutioniert die Nutzung des eingesetzten Brennstoffes durch die zeitgleiche Produktion von elektrischer und thermischer Energie. Brennstoffzellen und Mikro-Blockheizkraftwerke, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten, sind für Bestandsgebäude geeignet, die einen hohen und konstanten Wärmebedarf haben. Weniger gut isolierte Altbauten zählen ebenso dazu, wie Immobilien, die beispielsweise über einen beheizten Pool verfügen. Eigentümer, die regelmäßig ein Elektroauto mit Strom betanken oder über einen Stromspeicher nutzen, können ebenso von einer KWK-Anlage profitieren. Ob sich die KWK für deine Immobilie lohnt, erfährst du von Energieberater:innen oder Heizungsexpert:innen vor Ort.