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schwerpunkt

Technik

Mikro-BHKWs – eine Technologieübersicht Ursprünglich beruhen BHKW-Anlagen auf Verbrennungsmotoren. Inzwischen sind – zumindest für den Mikro-KWK-Bereich – auch andere Systeme im Einsatz. medium gas sorgt für den Überblick.

Blockheizkraftwerke sind Strom und Wärme erzeugende Anlagen. Für die Warmwasserbereitung nutzen BHKWs in der Regel die thermische Energie, die beim Verbrennen eines Brennstoffs bzw. beim Kondensieren von Wasser oder Wasserdampf entstehen. Die elektrische Energie wird dagegen durch einen mechanischen Prozess erzeugt, in der Regel durch die Kolbenbewegung in einem Motor, der wiederum einen Generator antreibt. Eine Ausnahme bildet die Brennstoffzelle. BHKWs eignen sich dort, wo sowohl ein Strom- als auch ein Wärmebedarf herrscht. Große Anlagen mit einer Leistung über 50 kW sind in der Regel stromgeführt, d. h., ihre Hauptfunktion ist es, Strom zu erzeugen bzw. als Notstromaggregat zu agieren. Die zusätzlich zum Strom erzeugte Wärme kann zur Gebäudehei-

zung oder als Prozesswärme für die Produktion genutzt werden. Sogenannte Mini- und Mikro-BHKW-Anlagen weisen einen wesentlich geringeren Leistungsbereich auf. Mini-BHKWs arbeiten im Leistungsbereich bis 50 kW, sind daher für große Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser und kleine Gewerbebetriebe geeignet. Mikro-BHKWs leisten bis 15 kW, sie gehören damit zur kleinsten Leistungsklasse der KWK-Technologie. Sie werden in Ein- und Zweifamilienhäusern eingesetzt. Sowohl Mini- als auch Mikro-BHKWs sind in der Regel wärmegeführt, d. h., sie dienen vorrangig als Heizung. Der zusätzlich erzeugte Strom kann entweder im Haus verwendet oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. Beide haben einen hohen Gesamtnutzungsgrad von ca. 90 Prozent.

Mikro-BHKW mit Stirlingmotor

Foto: Whisper Tech

Beim Stirlingmotor, auch Heißgasmotor genannt, wird ein beliebiger Kraftstoff eingesetzt, um ein Arbeitsgas im Zylinder abwechselnd zu erhitzen und abzukühlen. Durch die Bewegung des Kolbens entsteht mechanische Energie, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Das Arbeitsgas wird von außen erwärmt, deshalb kann ein Stirlingmotor auch mit beliebigen Wärmequellen betrieben werden. Der erste Stirlingmotor wurde bereits um 1820 entwickelt, der erste Einsatz im BHKW erfolgte Anfang der 1990er Jahre in Neuseeland. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 15 %, der Gesamtwirkungsgrad bei ca. 90 %. 38

Hersteller

Gerät

elektr. Leistung [kW]

therm. Leistung [kW]

Baxi Group

Ecogen

Status

0,2 – 1,0

3,7 – 25,2

Optimierungs-/ Testphase

Bosch Thermotechnik GmbH/Enatec microcogen B.V.

1

4,0 – 35,0

Optimierungs-/ Testphase

Buderus (Bosch Thermotechnik GmbH)

0,3 – 1,0

3,0 – 31,0

Technische Entwicklung

Cleanergy AB

ehemals Solo Stirling 161

2,0 – 9,0

8,0 – 26,0

Optimierungs-/ Testphase

Remeha (DeDietrich Remeha GmbH)

eVita

1

3,0 – 23,7

Optimierungs-/ Testphase

Sunmachine GmbH

Sunmachine Gas

1,5 – 3,0

4,5 – 10,5

Produktidee

Vaillant Deutschland GmbH

1,0

24,0

Technische Entwicklung

Viessmann Werke GmbH & Co. KG

1,0

24,0

Technische Entwicklung

WhisperGen (EHE Efficient Home Energy SL)

1,0

7,5 – 14,5

Markteinführungsphase


medium gas 4 | 2010

Mikro-BHKW mit Otto-Motor

Foto: Vaillant

Der Otto-Motor ist ein Verbrennungsmotor. Durch Zünden eines komprimierten Gas-Luft-Gemisches wird ein Kolben bewegt, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Zum Erhitzen des Heizwassers nutzt das BHKW die Wärme aus dem Abgas und dem Kühlwasserkreislauf. Die Technik mit Otto-Motoren hat den höchsten Entwicklungsstand, ist sie doch seit über 100 Jahren im Einsatz. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 25 %, der Gesamtwirkungsgrad bei 85–90 %.

Hersteller

Gerät

elektr. Leistung [kW]

therm. Leistung [kW]

Status

AISIN Seiki Co., Ltd.

Mini-BHKW

0,3 – 4,6

11,7

Produkt eingeführt

EC Power A/F

XRGI 15G-TO

6,0 – 15,2

17,0 – 30,0

Produkt eingeführt

intelli production Intelli-HeimGmbH kraftwerk

2,5

8,75

Entwicklungsphase

Kirsch

microBHKW L 4.12

4

12

Optimierungs-/ Testphase

PowerPlus Technologies GmbH

ecopower e3.0

1,3 – 3,0

4,0 – 8,0

Produkt eingeführt

PowerPlus Technologies GmbH

ecopower e4.7

1,3 – 4,7

4,0 – 12,5

Produkt eingeführt

Senertec GmbH

Dachs G5.5

5,5

12,5

Produkt eingeführt

Mikro-BHKW mit einer Freikolbendampfmaschine

Foto: Otag

In der FreikolbendampfmaHersteller Gerät elektr. therm. Status schine wird Wasser in einem Leistung [kW] Leistung [kW] geschlossenen Kreislauf durch Otag Vertriebs Lion Power0,3 – 2,0 3,0 – 16,0 MarktGmbH block einführungseine beliebige Wärmequelle phase erhitzt und verdampft. Der Wasserdampf gelangt in einen separaten Arbeitsraum, wird dort entspannt und kondensiert wieder. Die frei werdende Wärme wird für das Heizsystem verwendet. Durch das Entspannen dehnt sich der Wasserdampf zusätzlich aus und treibt damit einen Kolben mit nachgelagertem Generator zur Stromerzeugung an. Dampfmaschinen sind die ältesten Wärmekraftmaschinen. Bisher bietet allerdings nur die Firma Otag ein Gerät auf Basis der Technik an. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 15 %, der Gesamtwirkungsgrad bei ca. 90 %.

Mikro-BHKW mit einer Brennstoffzelle

Foto: Baxi Innotec

Im Gegensatz zu VerbrenHersteller Gerät elektr. therm. Status nungsmotoren wandelt ein Leistung [kW] Leistung [kW] BHKW mit Brennstoffzelle den Baxi Innotech Gamma 1.0 0,3 – 1,0 0,5 – 21,7 Optimierungs-/ Brennstoff nicht in mechaniTestphase sche, sondern direkt in thermiHexis AG Galileo 1000N 1,0 2,0 Optimierungs-/ Testphase sche und elektrische Energie Vaillant Deutsch1,0 2,0 Technische um. In einem Reformer wird land GmbH Entwicklung die Energie eines Brennstoffs RBZ GmbH Inhouse 5000 5,0 0,2 – 10,0 Technische Entwicklung durch elektrochemische ProCeramic Fuel BlueGen Max. 2,0 0,3 – 1,0 Technische zesse „abgespalten“ (z. B. wird Wasserstoff aus Erdgas Cells Ltd. Entwicklung erzeugt). Den Wasserstoff lässt man anschließend mit Sauerstoff reagieren, dabei entsteht Wasser. Während des Prozesses entsteht Abwärme und elektrische Energie. Die Brennstoffzellen-Technik ist zwar sehr effizient (elektrischer Wirkungsgrad von 30–40 %, keine Aktivierungsenergie notwendig), allerdings ist die Technik noch nicht vollständig ausgereift und mit hohen Kosten verbunden. Einige Geräte befinden sich derzeit in der Feldtestphase, allerdings wird ihre Markteinführung noch etwas dauern. 39


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