Das KWK-Gesetz zur Kraft-Wärme-Kopplung führt in § 3 (1) aus: „Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter Energie in elektrische Energie und in Nutzwärme in einer ortsfesten technischen Anlage. Als ortsfest gilt auch eine Anlage, die zur Erzielung einer höheren Auslastung für eine abwechselnde Nutzung an zwei Standorten errichtet worden ist.“
Hinsichtlich der Funktions- und Arbeitsweise von Mikro-KWK-Anlagen wird vorrangig wie in Bild 2 dargestellt unterschieden. Derzeit erfolgt rund 16 % der Stromerzeugung durch KWK-Anlagen. Dabei handelt es sich fast ausschließlich um große bzw. größere BHKW, die mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Die Einteilung der Geräte in Leistungsklassen, wie sie Bild 3 an zwei Beispielen zeigt, ist nicht verbindlich geregelt, findet aber umgangssprachlich vielfach Anwendung. In der vorliegenden Betrachtung zu KWK interessieren insbesondere die als Nano- bzw. Mikro-KWK-Anlagen geführten Produkte und dabei vor allem Brennstoffzellen-Heizgeräte.
Markt für konventionelle BHKW-Technik
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind kompakte Anlagen, die gekoppelt und dezentral Strom und Wärme erzeugen. Sie arbeiten in der Regel auf der Basis fossiler Brennstoffe. Gebräuchlich als Antriebe für diese Geräte sind Ottomotoren, Dieselmotoren, Stirlingmotoren oder auch Mikro-Gasturbinen. Die untere Leistungsgrenze dieser BHKW liegt bei 3 bis 5 kWel, in Ausnahmen auch bei 1 kWel. Bei diesen kompakten Anlagen ergeben sich elektrische Wirkungsgrade in der Größenordnung von 25 bis 45 %.
Die Gesamtwirkungsgrade von BHKW sind aufgrund der gekoppelten Erzeugung und Nutzung von Wärme und Strom hoch und erreichen vielfach bis zu 90 %. Wo die Voraussetzungen und Bedingungen für den Einsatz passen, bleiben BHKW von großem Interesse. Sie sind in der Lage, auch weiterhin einen wirkungsvollen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Innovative Stromerzeugung mit Brennstoffzellen
Erste Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) haben bereits den Weg in den Markt gefunden. Weitere werden derzeit in Projekten wie Callux und Ene.Field zur Marktreife entwickelt. Wer an der zuverlässigen Arbeitsweise von BZH Zweifel hat, sei auf Berichte hingewiesen, nach denen in Japan bereits mehr als 100 000 solcher Geräte in Gebrauch sind. Die Leistungsdaten der BZH, die auf dem europäischen Markt erhältlich sind oder sich derzeit noch in der Entwicklung befinden, sind in Bild 4 dargestellt.
Von großem Interesse ist des Weiteren, dass die angebotenen BZH hinsichtlich ihrer Bauart eine bedarfsgerechte Modernisierung von Heizungsanlagen zulassen. Wie Anlagen im Detail aufgebaut sein können, ist in Bild 5 angedeutet. Auch Brennstoffzellen-Heizgeräte verstärken den seit Jahren erkennbaren Trend zu hybriden Heizungsanlagen als Standardlösung. Die Angebote lassen es zu, eine Brennstoffzelleneinheit modular als Einzelgerät zu integrieren, eine Kombination aus Brennstoffzelleneinheit und Zusatzgerät zu installieren oder als Kompaktgerät Brennstoffzelleneinheit, Zusatzgerät und Wärmespeicher zu integrieren. Ein Energiemanager gehört immer dazu. Diese verschiedenen Angebote ermöglichen es auch, dass stufenweise ausgebaut und finanziert werden kann. Das gilt sowohl für Heizungsanlagen in Neubauten als auch im Bestand. Der elektrische Wirkungsgrad von Brennstoffzellen-Heizgeräten in der Nano-KWK-Klasse liegt in der Größenordnung von 30 bis 60 %. Der Gesamtwirkungsgrad geht in der Regel über 90 % hinaus. Als Beispiel für die Effizienz von Brennstoffzellen-Heizgeräten wird auf Bild 1 von Hexis zur Galileo 1000 N hingewiesen.
Die gegenwärtig in den Markt kommenden BZH scheinen besonders gut geeignet, Einfamilienhäuser und Wohnungen in der Grundversorgung von Strom und Wärme autonom zu machen. Statistisch gesehen haben diese einen jährlichen Strombedarf zwischen 3000 und 4000 kWh. Der Jahreswärmebedarf liegt bei etwa 15 bis 20 000 kWh. Dazu eine gedankliche Rechnung: Kommen BZH mit 1 kWel und 2 kWth zum Einsatz, ist theoretisch im Dauerbetrieb die Selbstversorgung mit Strom vollständig und die Wärmeversorgung zu 50 % gegeben. Darüber hinaus würde ein Überschuss in das Stromnetz eingespeist werden, was zu einer Reduzierung von zentral erzeugtem Strom und zur Verringerung des Bedarfs an Netzen führt – in Hinblick auf die Diskussion über nötige oder nicht nötige Stromtrassen von Nord nach Süd und für die Energiewende im Allgemeinen sind das allesamt positive Faktoren.
Im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Fortbildungsprüfung „Fachkraft für Kraft-Wärme-Kopplung“ ist allerdings ein weiteres Argument von besonderer Bedeutung: Wird ein angemessener Teil der rund 20 Mio. Einfamilienhäuser und Wohnungen mit BZH ausgestattet, dann sind Fachkräfte erforderlich, die kompetent Beratung, Planung, Installation, Wartung und Service durchführen können.
Anforderungen an Planung und Ausführung
Eine KWK-Anlage einzubauen und zu betreiben, ist mehr als nur der Austausch eines alten Wärmeerzeugers gegen ein neues, aktuelles Modell. Dabei steht nicht nur die Heizungstechnik im Vordergrund. Welche Inhalte und Themen insgesamt einzubeziehen sind, zeigt im Überblick der für die Fortbildungsprüfung zur Fachkraft für KWK-Technik entwickelte Rahmenlehrplan im Info-Kasten. Die besonderen Rechtsvorschriften für die Fortbildungsprüfung zur „Fachkraft für Kraft-Wärme-Kopplung“ (KWK-Fachkraft) werden aufgrund der Beschlüsse des Berufsbildungsausschusses und der Vollversammlung durch die Handwerkskammer Osnabrück-Emsland-Grafschaft Bentheim als zuständige Stelle nach §§ 42a, Abs. Nr. 4a, 106 Abs. 1 Nr. 10 der Handwerksordnung erlassen. Die Prüfung stellt fest, ob der Prüfling die notwendige berufliche Handlungskompetenz besitzt, um Geräte, Anlagen, Systeme für Kraft-Wärme-Kopplung fachgerecht zu planen und auszulegen, zu installieren, in Betrieb zu nehmen und zu warten.
Für die Fortbildungsprüfung zur „Fachkraft für Kraft-Wärme-Kopplung“ wird zugelassen, wer die folgenden Voraussetzungen erfüllt: eine erfolgreich abgelegte Gesellen-/ Abschlussprüfung in den anerkannten Ausbildungsberufen
- Anlagenmechaniker/in für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik,
- Elektroniker/in Energie- und Gebäudetechnik oder Elektroniker/in Automatisierungstechnik,
- Schornsteinfeger/in
oder
- eine Weiterbildung zum/zur staatlich geprüften Techniker/in in einer Fachrichtung der Versorgungstechnik,
- eine mit Erfolg abgelegte Gesellen-/Abschlussprüfung in einem anderen versorgungstechnischen Beruf und zwei Jahre Berufspraxis,
- eine mindestens vierjährige Berufspraxis im Fachgebiet Versorgungstechnik.
Für die Zulassung zur Prüfung ist zu belegen, dass die im Rahmenlehrplan aufgeführten Inhalte und Themen durch Praxis bzw. Seminare abgedeckt sind. Hierzu bietet die HWK Osnabrück-Emsland-Grafschaft Bentheim entsprechende Seminare und Kurse an.
Fortbildungsprüfung „Fachkraft für Kraft-Wärme-Kopplung“
Mit Geräten der Nano-KWK-Klasse für Einfamilienhäuser und Wohnungen wird bei entsprechender Nachfrage ein Massenmarkt entstehen. Jährlich werden derzeit in Deutschland etwa 600 000 Wärmeerzeuger erneuert. Das entspricht einem Modernisierungsgrad von lediglich 1 %. Eine Zahl, die vor dem Hintergrund der Energiewende als viel zu gering zu bezeichnen ist. Kommt die Erneuerung der Energieversorgung in der Haustechnik durch gekoppelte und dezentrale Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme in Gang, stehen mit der abgelegten Fortbildungsprüfung zur KWK-Fachkraft ausgewiesene Fachkräfte zur Verfügung, die kompetent den Anforderungen einer innovativen Energieversorgung in der Haustechnik gerecht werden. Wer nach dem Rahmenlehrplan belegt, dass er für die ausgewiesenen Themen qualifiziert ist, erhält bei erfolgreich abgelegter Fortbildungsprüfung die Bescheinigung als „Fachkraft für Kraft-Wärme-Technik“. Damit erfolgt ein Signal an den Markt, dass eine energieeffiziente, zuverlässige und sowohl ökologische als auch ökonomische Technik zur Verfügung steht und auf Anwendung wartet. In den nächsten Jahren wird es darauf ankommen, wie sich sowohl die Kunden als auch das Fachhandwerk verhalten.
Info
Themen im Rahmenlehrplan
Angegeben sind hier die Themenbereiche und die Richtwerte für die Zahl der Unterrichtsstunden für die Fortbildung – in Summe 210 Stunden.
- <b>Blockheizkraftwerk (BHKW) und Brennstoffzellen-Heizgerät (BZH): </b>Aufbau und Arbeitsweise von BHKW und BZH, Planung und Auslegung30 h
- <b>Anlagentechnik für Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):</b> Einbindung von BZH und BHKW hydraulisch (hybride Heizungsanlagen), elektrisch, gas- und abgastechnisch, regelungs- und datentechnisch30 h
- <b>Energie- und Datenmanagement:</b> Energie- und Datenmanagement, Wirtschaftlichkeit, virtuelle Kraftwerke 16 h
- <b>Systemkompetenz:</b> Regelungstechnik und Hydraulik30 h
- <b>Fachübergreifende Kompetenzen:</b> Elektrofachkraft für festgelegte Tätigkeiten im SHK-Handwerk50 h
- <b>Arbeits- und Betriebsorganisation:</b> Installation und Inbetriebnahme, Wartung und Service, Projektierung, Projektmanagement 30 h
- <b>Beratung und Marketing:</b> Kundengespräch und -beratung, Marketing für KWK-Anlagen 8 h
- <b>Produktschulung:</b> Installation, Wartung und Service für ein spezifisches Gerät, durchgeführt von oder nach Vorgaben des Herstellers8 h
- <b>Prüfungsvorbereitung</b> 8 h
Summe210 h
Kontakt
Wer Näheres über die Fortbildungsprüfung zur Fachkraft für KWK-Technik wissen möchte, wende sich bitte zunächst an Axel Lange – Kontaktdaten im Autorenkasten.
Autoren
Tobias Langer ist Installateur- und Heizungsbauermeister sowie Lehrwerkmeister im BTZ der Handwerkskammer Osnabrück-Emsland-Grafschaft Bentheim als verantwortlicher Ausbilder in Meistervorbereitungskursen für das Installateur- und Heizungsbauer-Handwerk und im KWK-Schulungszentrum, 49088 Osnabrück, Telefon (05 41) 69 29-7 77, t.langer@hwk-osnabrueck.de, https://www.hwk-osnabrueck.de/
Dipl.-Ing. Axel Lange ist Projektleiter im Kompetenzzentrum Versorgungstechnik der Handwerkskammer Osnabrück-Emsland-Grafschaft Bentheim für die Bereiche Energieeffizienz und Kraft-Wärme-Kopplung, 49088 Osnabrück, Telefon (05 41) 69 29-7 62, a.lange@hwk-osnabrueck.de, https://www.hwk-osnabrueck.de/
Prof. Dr. Manfred Hoppe ist Leiter der Forschungsgruppe Praxisnahe Berufsbildung an der Uni Bremen, 28359 Bremen, Telefon (04 21) 2 18-6 49 20, fpbhoppe@uni-bremen.de, http://www.uni-bremen.de,https://akvt.de/
Vergleich der Effizienz von getrennter und gekoppelter Nutzung von Wärme und Strom am Beispiel Galileo 1000 N. E steht für eine Energieeinheit.
Übersicht über die verschiedenen KWK-Produkte, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.
Es gibt verschiedene Arten zur Unterteilung der Leistungsklassen bei BHKW – hier in der Einheit kW. Verbindliche Regelungen hierfür gibt es jedoch nicht.
Leistungsdaten der Brennstoffzellen-Heizgeräte, die auf dem europäischen Markt verfügbar sind oder die sich derzeit noch in der Entwicklung befinden.
Exemplarischer Aufbau einer Anlage mit Brennstoffzellen-Heizgerät am Beispiel von Vaillant-Geräten.
