Wichtige Aspekte bei Planung und Auslegung von Mini-KWK-Anlagen

Je besser die vorhandene Datenbasis, desto optimaler können kleine KWK-Anlagen ausgelegt und geplant werden. Daher ist es sinnvoll, möglichst frühzeitig Wärme- und Strombedarfswerte zu ermitteln.

Jahreszeitlich bedingt unterscheidet sich in Deutschland der monatlich benötigte Heizwärmebedarf erheblich. Während in den drei Wintermonaten (Dezember bis Februar) rund die Hälfte des Wärmebedarfs anfällt, werden im Sommer (Juni bis August) für die Trinkwarmwasserbereitung lediglich rund 5% des jährlichen Wärmebedarfs benötigt.

Bei einem sehr gut gedämmten Haus verändert sich diese prozentuale Aufgliederung bereits signifikant, wie der nachfolgenden Grafik des BHKW-Infozentrums entnehmbar ist.

Abbildung 1: Vergleich Dämmung (Quelle: BHKW-Infozentrum)

Dies führt insbesondere bei einem schlecht gedämmten Wohngebäude dazu, dass ein Heizkessel am kältesten Tag des Jahres nahezu ununterbrochen in Betrieb ist – aber im Sommer teilweise weniger als eine Stunde pro Tag läuft. Demnach weist ein ausreichend dimensionierter Heizkessel zwischen 1.200 bis 1.800 Vollbenutzungsstunden pro Jahr auf.

Mini-BHKW kosten in der Anschaffung deutlich mehr

BHKW-Anlagen sind in der Anschaffung gegenüber einem Heizkessel teurer. Grundsätzlich sollten Blockheizkraftwerke daher ausreichend Betriebsstunden aufweisen, um die höheren Investitionskosten refinanzieren zu können. Daher werden kleine BHKW-Anlagen nicht wie Heizkessel auf die maximal benötigte Spitzenlast, sondern auf Grund- bis Mittellast des Wärmebedarfs ausgelegt.

Vielfach ist in Publikationen zu lesen, dass Mini-BHKW nur ab einer bestimmten Mindestlaufzeit wirtschaftlich sind und sich die Rentabilität mit steigender jährlicher Betriebsstunden-Anzahl verbessert. Dies entspricht aber nicht der Realität. Die wirtschaftlich optimale Auslegungsgröße einer Mini-KWK-Anlage orientiert sich nicht nur an der jährlichen Betriebsstunden-Anzahl, sondern insbesondere auch an der möglichen Abdeckungsrate des Wärmebedarfs durch die KWK-Anlage.

Es kann sehr wohl sinnvoll sein, eine Mini-KWK-Anlage in gewissen Grenzen größer auszulegen, um den Anteil der KWK-Wärmeversorgung am gesamten Wärmebedarf zu erhöhen. Gegebenenfalls sinkt dadurch die Vollbenutzungsstundenzahl der Mini-KWK-Anlage, was aber nicht zwingend zu einer wirtschaftlich schlechteren Betriebsweise führt. Jedoch sollte man den Strombedarf des Versorgungsobjektes beachten. Wenn die Mini-KWK-Anlage auch zu Zeiten eines hohen Strombedarfs des Gebäudes sehr viel Überschussstrom in das öffentliche Stromnetz einspeist, wirkt sich dies in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung negativ aus.

Die Auslegung einer Mini-KWK-Anlage ist demnach nicht trivial, weil neben der Wärmeversorgung auch die Stromversorgung betrachtet werden muss. Energieberater, Planungsbüros sowie geschulte Techniker und Handwerker können potentielle Mini-KWK-Betreiber unterstützen – und freuen sich auf eine gut aufbereite Datengrundlage.

Gute Datenbasis ermöglicht eine gute Auslegung von Mini-BHKW

Ideal wäre es, wenn im Rahmen der Planung eines Mini-Blockheizkraftwerks auf stündliche Erdgas- oder Wärmebedarfswerte sowie viertelstündliche Lastgangmessungen beim Strom zurückgegriffen werden könnte.
Meist ist eine solche Datenbasis insbesondere bei kleineren Versorgungsobjekte aber nicht vorhanden. Dann müssen monatliche oder jährliche Abrechnungen für die Planung verwendet werden. Planungsbüro mit ausreichenden Kenntnissen und Erfahrungen aus ähnlichen Projekten können aus Wärmebedarfsmengen eines Jahres sehr wohl Monatswerte abschätzen.

Für den wirtschaftlichen Betrieb einer Mini-KWK-Anlage ist eine gebäudespezifische Planung und individuelle KWK-Dimensionierung zwingend erforderlich. Ab einem Wärmebedarf von rund 150.000 kWh pro Jahr erscheint es sinnvoll, verschiedene Varianten mit Mini-KWK-Anlagen unterschiedlicher Leistungsgröße in die Auslegung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit einzubeziehen. Auf Basis einer solchen Variantenbetrachtung kann die ideale BHKW-Größe gefunden werden.

Mit der VDI-Richtlinie 4656 „Planung und Dimensionierung von Mikro-KWK-Anlagen“ steht eine Planungs-Richtlinie zur Verfügung, die sich im Wohnbereich auf typische „Referenzlastprofile von Ein- und Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen“ (VDI 4655) bezieht. Diese kann bei der einfachen Auslegung von Mikro-KWK-Anlagen zu Rate gezogen werden.

 

PRAXIS-TIPP:
Meist dauert es längere Zeit von der Idee, sich ein neues Heizsystem zuzulegen, bis zur Ausführung und der Inbetriebnahme des neuen Heizsystems. Potentielle Betreiber von Mini-KWK-Anlagen – oder anderen Heizsystemen wie Wärmepumpen, Solarthermie-Anlagen oder Pellet-Heizkessel – sollten daher frühzeitig Daten erheben. Ideal sind tägliche oder wöchentliche Ablesungen des Strom- und Gasmengen-Zählers. Zumindest sollten aber monatliche Werte über den Zeitraum von einem Jahr abgelesen werden.

 

 

Weitere Fragestellungen rund um Mikro-KWK und Mini-KWK

In den nächsten Wochen wird das BHKW-Infozentrum weitere Themenfelder rund um Mikro- und Mini-KWK beleuchten.

Hierzu gehören insbesondere die Themenfelder:

Betriebsweisen von Mini-KWK-Anlagen
Mini-KWK-Anlagen werden überwiegend wärmegeführt betrieben. Bei dieser Betriebs-Strategie sind Mini-BHKW immer dann in Betrieb, wenn im Gebäude ein Wärmebedarf (Heizung oder Trinkwarmwasser) existiert. Um die Stromerlöse zu maximieren, kann die Betriebsweise einer Mini-KWK-Anlage durch eine intelligente Steuerung oder einen Dienstleister optimiert werden.
Planung und Auslegung
Der Wärmebedarf eines Wohngebäudes ist sehr stark abhängig vom Dämmstandard und der Nutzungsstruktur. Je besser die vorhandene Datenbasis, desto optimaler können kleine KWK-Anlagen ausgelegt und geplant werden. Daher ist es sinnvoll, möglichst frühzeitig Wärme- und Strombedarfswerte zu ermitteln.
Technische Einbindung
Die technische Einbindung von Mini-BHKW umfasst die Bereiche Hydraulik, Brennstoffversorgung, Abgas, Elektro und Schallschutz. Für ein erfolgreiches Mini-BHKW-Projekt ist eine hochwertige technische Einbindung zwingend erforderlich. Dabei spielen auch ausreichende Dimensionierungen der technischen Einbindung eine entscheidende Rolle.
Technologien
Vor wenigen Jahren dominierte noch die Stirlingmotoren den Nano- und Mikro-KWK-Bereich. Inzwischen dominiert im elektrischen Leistungsbereich bis rund 3 kW die Brennstoffzellenheizung den KWK-Markt.
Weitere Berichte folgen in Kürze:
Anwendungsfelder und Markt
Brennstoffe
Preise und Kosten
Wirtschaftlichkeit
Gesetzliche Regelungen
Anmeldung und Betrieb
Mythen rund um Mini-KWK

Autor: Markus Gailfuß (BHKW-Infozentrum)
Stand: 07.04.2020

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