Kraft-Wärme-Kopplung ist unbestritten eine der wirtschaftlichsten Möglichkeiten, Strom und Wärme zu erzeugen. Mit vollständig vorkonfektionierten BHKW in der Leistungsklasse bis rund 5 kW elektrischer Leistung öffnete sich für das entsprechend ausgebildete Fachhandwerk ein zukunftsträchtiger Markt mit hohem Wachstumspotenzial. Doch auch der Bedarf an KWK-Lösungen oberhalb von 10 kW elektrischer Leistung ist gestiegen. „Gerade im Mehrfamilienhaus und in Gewerbebetrieben sowie dem öffentlichen Bereich ist die Nachfrage deutlich gewachsen“, berichtet Andreas Christmann, Leiter Produkt und Marketing bei Vaillant Deutschland. „Niemand möchte hier von der aktuellen Entwicklung und den sich bietenden Möglichkeiten abgekoppelt werden. Zudem treiben auch die Energieversorger mittlerweile die dezentrale Energieerzeugung voran, um so über virtuelle Kraftwerke einen weiteren Beitrag zur Netzstabilität zu leisten. Hier werden Anlagen mit größerer elektrischer Leistung natürlich bevorzugt.“
Besonders im Fokus standen in den vergangenen Jahren BHKW mit modulierendem Betrieb. Dieser ermöglicht eine Anpassung der Leistung an den Bedarf, wodurch das BHKW längere Laufzeiten erreicht. Damit einhergehend ergibt sich im Vergleich zu einem konventionellen BHKW eine deutlich höhere Stromproduktion. Aufgrund der höheren Eigenbedarfsdeckung amortisieren sich die Investitionskosten für den Anlagenbetreiber dadurch deutlich schneller.
Darüber hinaus wurden von Fachhandwerkern und Planern Komplettsysteme favorisiert – inklusive Abgasanlage, Speicher- und Spitzenlastheiztechnik, Regelung, Schallschutz und Kaskadenzubehör. Wird zusätzliche Unterstützung bei Planung, Inbetriebnahme und Wartung gewünscht, schränkt sich die Zahl der Hersteller weiter ein.
Klare Vorgaben aus dem Markt an die BHKW-Hersteller
Der Forderungskatalog an die Hersteller vonseiten der Anwender spiegelt die Marktentwicklung wider:
- Vergrößerung der Leistungsklasse bis maximal 50kW elektrischer Leistung – der maximalen Größe zur Förderung nach dem KWK-Gesetz,
- Leistungsmodulation für Maximierung der Stromproduktion und dadurch eine Verkürzung der Amortisationszeit,
- Angebot nicht nur des BHKW, sondern des Komplett-Programms rund um die Peripherie-Produkte, Installation, Planung, Inbetriebnahme und Wartung.
Einige Hersteller bieten dementsprechende KWK-Anlagen an, die diesen Kriterien entsprechen. Beispielsweise Vaillant hat mit als erstes Unternehmen ein vollständig modulierendes BHKW in der Klasse 20kW elektrischer Leistung in sein Programm aufgenommen. Durch Kaskadenschaltung können dabei auch 40kW elektrischer Leistung erzielt werden. Ermöglicht wird eine Drehzahlmodulation bis auf 25 % der maximalen Leistung.
„Gerade bei Objekten in dieser Größenordnung bieten sich durch den ganzjährigen Wärmebedarf an Warmwasser oder Prozesswärme oft die idealen Einsatzbedingungen für BHKW und deren schnelle Amortisation“, erläutert Christmann dazu. „In Verbindung mit der Modulation und der damit verbundenen höheren Stromproduktion ergeben sich überzeugende Argumente für Investoren und Betreiber.“ Das konstante Leistungsverhältnis von 1:2 soll bei jeder Motordrehzahl erreicht werden.
Die Leistungsmodulation sorgt für hohe Effizienz
Durch die automatische Leistungsanpassung werden häufige Ein- und Ausschaltvorgänge vermieden, die sich nachteilig auf die Lebensdauer des Motors, die Emissionen und die Gesamteffizienz auswirken. Der aktuelle Leistungssollwert bestimmt die Motordrehzahl. Dabei wird der maßgebliche Sollwert, der sich immer auf die elektrische Leistung bezieht, auf Grundlage der Führungsgröße berechnet. Je nach Gegebenheiten sind dafür drei Führungsgrößen üblich:
- Temperatur – Diese Führungsgröße wird in den meisten Fällen gewählt, weil die Wärmeerzeugung im Vordergrund steht. Aus der gemessenen Vor- und Rücklauftemperatur des angeschlossenen Heizsystems bzw. dem Temperaturniveau des Pufferspeichers wird durch die Steuerung der notwendige Leistungssollwert berechnet, um den aktuellen Wärmebedarf im Rahmen der thermischen Leistungsfähigkeit des BHKW zu decken.
- Strom – Wenn der Strombezug aus dem Netz bis zur elektrischen Leistungsgrenze des BHKW vermieden werden soll, steht diese Führungsgröße im Mittelpunkt. Hierzu muss der Bezugszähler mit einem Impulsausgang versehen sein, der kWh-proportionale Impulse mit einer Dauer < 20 msec liefert. Die Abfuhr der dabei anfallenden Wärme muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein.
- Externer Sollwert – Diese Führungsgröße wird gewählt, wenn ein externes Analogsignal z.B. von einem übergeordneten Energie-Managementsystem vorliegt.
Ergänzen alter Heizanlagen ist ein großer Markt
Auch eine weitere Anforderung erfüllt das Remscheider Unternehmen mit dem neuen BHKW: die einfache Ergänzung bestehender Heizanlagen. „Hier sehen wir zu rund 90 % den Absatzmarkt für BHKW in dieser Leistungsklasse“, beschreibt Christmann die Intentionen des Heiztechnikherstellers. „Bestehende ältere Heizanlagen werden dann nur noch für den Spitzenlastbetrieb benötigt. Diese Lösung ermöglicht sowohl eine Reduzierung der Investitionskosten in der energetischen Sanierung als auch eine besonders kurze Amortisationszeit. Bei einer guten Auslegung und entsprechenden Einsatzbedingungen kalkulieren wir eine Amortisation nach rund drei bis vier Jahren. Das überzeugt letztendlich auch Banken als Geschäftspartner für Leasingkonzepte.“ Ermöglicht wird die einfache Integration in bestehende Heizanlagen durch getrennte Hydraulik-Kreisläufe und die ganzheitliche Einbindung vorhandener Heizkessel durch Kesselfreigabe.
Die Steuerungseinheit des BHKW sorgt dafür, dass nicht nur immer genügend Wärme im Pufferspeicher zur Verfügung steht, sondern diese auch vorrangig über das BHKW erzeugt wird. Über einen separaten Regler wird nur bei Bedarf das Spitzenlastheizgerät zugeschaltet. Sind die Leistungen von BHKW und Heizgerät ähnlich groß, kann auch eine parallele Einbindung erfolgen. Beide Wärmeerzeuger werden über eine hydraulische Weiche entkoppelt, bevor sie mit dem Heizsystem verbunden werden. Die Temperaturfühler für die Modulation bei Wärmeerzeugung werden dann an der hydraulischen Weiche platziert. Der Vorrang des BHKW kann einfach auch über unterschiedlich hohe Einschalttemperaturen von Heizkessel und BHKW erreicht werden. Für die Modernisierung von Energieversorgungsanlagen im Baubestand muss dabei eine wichtige und recht einfache Forderung erfüllt sein: die Möglichkeit der Einbringung durch Normtüren. Breiter als 740 mm sollte deswegen auch ein BHKW der 20-kW-Klasse nicht sein.
Künftig ist auch eine effiziente Notstromversorgung möglich
Eine weitere Option für BHKW bietet im größeren Leistungsbereich auch der Betrieb als Netzersatz. Beim Einsatz von Notstromaggregaten musste der Betreiber bislang oft deutliche Nachteile in Bezug auf die Netzqualität und laufende Kosten in Kauf nehmen. Der Einsatz leistungsmodulierender BHKW wird künftig einen optimalen Wirkungsgrad und gleichzeitigen hohen Komfort bei geringem Energieeinsatz bieten. Dafür unabdingbar ist eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Versorgung des BHKW mit dem Brennstoff. Neben Erdgas sollten vor allen Dingen Flüssig- und idealerweise auch Bio- und Klärgas eingesetzt werden können.
„Die bisher für die Stromerzeugung verwendeten Notstromaggregate nutzen lediglich 30 % der eingesetzten Energie und sind in ihrer Betriebsweise häufig laut, instabil und kurzlebig. Notstromlösungen mit BHKW sind dagegen äußerst effizient. Unser neues Ecopower 20.0 wird künftig ebenfalls derartige Funktionalität bieten. Durch eine optimale Nutzung der bei der Stromerzeugung entstehenden Abwärme wird die kompakte Anlage deutlich effizienter als Notstromaggregat und Heizkessel arbeiten und dem Fachhandwerk eine neue und fortschrittliche Alternative für die autarke Strom- und Wärmeversorgung bieten“, so Christmann weiter.
Laufzeit und Servicerhythmen sind relevante Größen für die Wirtschaftlichkeit. Bei den Wartungsintervallen verweist Christmann auf gegensätzliche Meinungen im Markt: „Hier existieren vonseiten der Hersteller deutlich auseinanderklaffende Vorschriften. Wir schreiben für unser Ecopower 20.0 eine Wartung alle 2000 Stunden Laufzeit vor. So lassen sich bereits frühzeitig eventuelle Wartungsarbeiten abfangen, die ansonsten ins Geld gehen. Außerdem lässt sich die Effizienz des BHKW dadurch konstant auf einem sehr hohen Niveau halten. Aber diese Wartungsrhythmen, die letztendlich dem Betreiber dienen, erfordern natürlich eine entsprechende Kundendienst-Organisation und ausgebildete Fachpartner. Mit rund 280 Mitarbeitern verfügen wir über einen der größten Werkskundendienste der Branche.“ Durch das Programm Ecopower-Service-Wunder wird gesichert, dass Vergütungen und Vergünstigungen fristgerecht beantragt werden. Darüber hinaus bietet das Unternehmen individuell buchbare Wartungsverträge an. Zur Alternative steht ein Vollwartungsvertrag mit Funktionsgewährleistung.
Für den ausführenden Betrieb vor Ort entscheidet oft die Planungs- und Serviceunterstützung. Ein weiterer wichtiger Aspekt dabei ist gerade bei größeren und damit kostspieligeren BHKW die Finanzierung. „Am Markt absolut üblich ist Vorkasse – und damit für den ausführenden Betrieb oftmals eine nicht oder nur mit hohem Risiko zu stemmende Vorleistung. Wir bieten allen versicherbaren Kunden dagegen bei zehn Tagen Bezahlung 3 % Skonto bzw. 30 Tage netto an – ein Argument, das im regionalen Wettbewerb sicher zählt“, so Christmann.
Künftig will Vaillant mit seinem neuen BHKW eine weitere Anwendung anbieten, die derzeit erprobt und schon jetzt in den Förderkatalog der Bundesregierung aufgenommen wird: die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, beispielsweise mit Absorptionswärmepumpen. „Die ideale Voraussetzung dafür sind die hohen Vorlauftemperaturen bis 95°C und die möglichen hohen Rücklauftemperaturen bis 85°C. Derzeit testen wir mit einer Versuchsanlage in Dresden bereits die technischen Möglichkeiten dieses neuen Einsatzgebietes zusammen mit Partnern aus der Branche“, so Christmann abschließend.
