KWK-Auslegung: Ein BHKW muss genau zum Objekt passen

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist „eine Heizung, die ihr Geld verdient“. Einerseits, weil sie parallel zur Wärmebereitstellung Strom liefert, der selbst genutzt den Bezug von Netzstrom verringert oder gegen eine ­Erstattung ins öffentliche Netz eingespeist ­werden kann.

Die dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung über KWK kann zudem einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, denn ihr Primärenergieverbrauch ist um rund ein Drittel geringer als bei der getrennten Strom- und Wärmeerzeugung. Dies gilt auch, wenn konventionelle Brennstoffe durch Substitute aus erneuerbaren Energien verdrängt werden.

Für viele Nutzer der Kraft-Wärme-Kopplung sind auch eine höhere Versorgungssicherheit und mehr Unabhängigkeit wichtige Argumente, doch am Ende soll die Investition auch finanziell vorteilhaft sein. Dazu trägt unter anderem die staatliche Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung durch Zuschüsse, Vergünstigungen, Rückerstattungen und Vergütungen bei.

Wie schnell bzw. in welchem Umfang sich die Investition in ein BHKW „rechnet“, hängt wesentlich von der optimalen Dimensionierung ab. Dazu ist immer der Einzelfall zu betrachten. Das verdeutlichen zwei mögliche Auslegungsergebnisse:

• Ist ein BHKW zu klein dimensioniert, gelingt es nicht, einen wesentlichen Teil des eigenen Energiebedarfs zu decken und die spezifischen Investitionskosten sind unnötig hoch, das Einsparpotenzial bleibt teilweise ungenutzt.
• Ist das BHKW zu groß ausgelegt, sind die Anschaffungskosten unnötig hoch und unproduktive Stillstandszeiten lassen sich kaum vermeiden, die Investition ist unnötig hoch und dieser Umstand eventuell sogar mit Folgekosten verbunden.

Das ist zwar schon aufgrund unsteter Funktionen bei der KWK-Förderung, unterschied­lichen Betriebsstrategien und weiterer Kosten eine starke Vereinfachung, sie macht aber umso deutlicher: Eine optimale Anlagenauslegung im Rahmen einer Gesamtbetrachtung muss das oberste Ziel des verantwortlichen Fachplaners sein.

Software-Einsatz ist ein Muss

Angesichts der Komplexität, die sich bei einem Gebäude allein aus der Betrachtung von zwei Energiearten mit ganz unterschiedlichen Bedarfsverläufen ergibt, ist das keine triviale Aufgabe. Um sich auf die wesentlichen Aspekte konzentrieren zu können und den Aufwand für die Bewertung mehrerer Optionen und Konzepte zu minimieren, ist der Einsatz einer geeigneten Software quasi ein Muss.

Der BHKW-Hersteller RMB/Energie setzt dazu auf die Software BHKW-Ultimate. Eine Light-Version findet sich auf der Firmenweb­seite (www.rmbenergie.com). Planern und Einbaupartnern stellt das Unternehmen aber auch eine Vollversion für die detaillierte Berechnung zur Verfügung.

Henning Metz, Leiter Technischer Vertrieb bei RMB/Energie: „Bei einer ‚traditionellen‘ ­BHKW-Auslegung wurde früher sehr viel Wert auf möglichst lange Anlagenlaufzeiten des BHKW gelegt.Das hat dazu geführt, dass die BHKW-Größe mehr oder weniger grafisch mit Bleistift und Lineal entlang einer theoretisch abgeleiteten Jahres(wärme)dauerlinie bestimmt worden ist. Dies war auch dem fixen Förderzeitraum von zehn Jahren geschuldet. Allerdings: Das Verfahren war früher schon nicht optimal für die reale Wirtschaftlichkeitsberechnung, heute ist die konzentrierte Auslegung einzig auf einen dauerhaften Grundlastbetrieb sogar vollkommen kontraproduktiv.“

Warum die optimale Auslegung so wichtig ist

Aber weshalb kommt der optimalen Anlagenauslegung überhaupt eine solch große Bedeutung zu? Auch darauf hat Metz eine Antwort: „Ein BHKW wird interessanterweise immer als ein Investitionsgut betrachtet, das eine Rendite erwirtschaften soll. Bei anderen Wärmeerzeugern wird in vielen Fällen nicht einmal eine Vergleichsbetrachtung zwischen verschiedenen Technologien vorgenommen. Es wird einfach akzeptiert, dass die Wärmebereitstellung keine Rendite erwirtschaftet, sondern einen Kostenblock darstellt. Auch wir führen gerne als Argument an, dass ein BHKW – im Gegensatz zu den meisten anderen Wärmeerzeugern – tatsächlich eine positive Rendite einfahren kann. Klassische Amortisationszeiten von vier bis fünf Jahren entsprechen grob 20 bis 25 % Rendite auf das eingesetzte Kapital inklusive einer signifikanten CO₂-Einsparung über die BHKW-Laufzeit. Ein optimal ausgelegtes BHKW erreicht somit auch das betriebswirtschaftlich optimale Ergebnis.“

Gute Aussichten für die KWK

Zurzeit steht auch die staatliche Förderung auf Basis des KWK-Gesetzes vor einer Neuorientierung. Es ist zu erwarten, dass für die Amortisation der Eigenstromverbrauch künftig eine noch größere Rolle spielen wird. Wahrscheinliche Strompreissteigerungen (bzw. eine steilere Preisentwicklung als bei Brennstoffen) im Zuge der Energie- und Mobilitätswende machen den Einsatz von BHKW im kleinen bis mittleren Leistungsbereich künftig noch attraktiver.

Auch die Bedeutung bei Bedarf flexibel steuerbarer BHKW durch eine schnelle Aktivierung oder Leistungsreduktion, wird im Zuge des Umbaus der Strombereitstellung zunehmen. Befinden sich Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen gerade in einer Dunkelflaute, können Blockheizkraftwerke Lastspitzen bedienen. Das Risiko eines Blackouts kann so verringert bzw. regional begrenzt werden.

Um für jeden Einsatzzweck – vom größeren Ein- oder Zweifamilienhaus über Hotellerie und Gewerbe bis zur Industrie – eine maßgeschneiderte Lösung anbieten zu können, hat RMB/Energie sein BHKW-Programm neoTower (Bild 2) mit 14 Gerätegrößen im Nennleistungsspektrum 2 bis 50 kWel sehr fein unterteilt. Finden lässt sich die maßgeschneiderte Lösung mit der erwähnten Spezialsoftware BHKW-Ultimate. Vier Kern-Qualitätsmerkmale der Marke neoTower decken die weiteren maßgeblichen Aspekte bei der BHKW-Auswahl ab: Geräuscharmut (Bild 3), Robustheit, Effizienz und Kompaktheit.

„Fast überall kann KWK sinnvoll sein“

Die optimale BHKW-Auslegung muss viele, komplex verwobene Facetten berücksichtigen. Wer schon einmal versucht hat, nur einige davon in einer Tabellenkalkulation richtig abzubilden, wird schnell von einer allgemeingültigen Berücksichtigung auf nur die den tatsächlichen Auslegungsfall betreffenden Funktionen übergegangen sein – oder sich nach einer professionellen Lösung zur BHKW-Auslegung umgesehen haben.

Davon werden für den deutschen BHKW-Markt etwa zehn Programme angeboten. Christian Erfurth, Entwicklers des oben genannten Programms BHKW-Ultimate, stand der Redaktion unserer Schwesterzeitschrift TGA Fachplaner zur Auslegung per Software und zum BHKW-Markt Rede und Antwort.

Herr Erfurth, Ihr Unternehmen hat eine Software entwickelt, die „das optimale BHKW für den jeweiligen Einsatzzweck“ ermittelt. Was war die besondere Herausforderung bei der Entwicklung dieser Spezialsoftware?

Erfurth: Mit BHKW-Ultimate ist uns im Jahr 2012 ein erfolgreicher Einstieg in die KWK-Branche gelungen. Die Innovation bestand in der stundengenauen Simulation eines BHKW und dessen Peripherie, wodurch die Prognosegüte der Wirtschaftlichkeit auf eine deutlich verlässlichere Ebene gehoben wurde.

Herausforderung war, die teils sehr komplexen technischen und rechtlichen Aspekte mit einer komfortablen Benutzeroberfläche und einer nachvollziehbaren Funktionslogik zu vereinen. Dieses Ziel ist uns erhalten geblieben, da BHKW-Ultimate regelmäßige Updates erhält, die neben Änderungen der Fördersituation stets auch neue Funktionen enthalten.

Welche Parameter liegen der Wirtschaftlichkeitsprognose zugrunde? Womit muss der Anwender das Programm „füttern“, um relevante Ergebnisse zu bekommen?

Die Erstellung einer Wirtschaftlichkeitsprognose mit BHKW-Ultimate gestaltet sich in der Regel zweiteilig. Zunächst geht es darum, die passende Anlage zur Objekt­situation zu finden. Zentral ist dabei die Ermittlung der jeweiligen Bedarfe an Wärme und Strom. In Kombination mit dem hinterlegten BHKW-Katalog und der „automatischen Förder­datenbank“ (Bild 5) ist so eine schnelle Grobaus­legung möglich.

Im zweiten Schritt werden für die weiteren einflussnehmenden Parameter, für die bis dahin sinnvolle Standardwerte angenommen wurden, individuelle Einstellungsmöglichkeiten geboten. Das betrifft die Preise und Teuerungsraten von Brennstoffen und Strom, den Einsatz von Wärme- und Stromspeichern, Kaskaden, Netzersatzanlagen und vieles mehr.

Unabhängig von diesen technischen und rechtlichen Details, was macht aus Ihrer Sicht ein BHKW attraktiv gegenüber einer konventionellen Heizungsanlage und Strombezug ausschließlich aus dem Netz?

Erfurth: An erster Stelle steht zumeist die Senkung von Energiekosten. Die Kosten für ein BHKW, ausreichend Wärme- und Strombedarf sowie eine sinnvolle Dimensionierung vorausgesetzt, amortisieren sich in der Regel schon nach wenigen Jahren. Darüber hinaus spielen auch die emotionalen Faktoren einer zumindest teilweisen Unabhängigkeit vom Stromversorger und das Gefühl, Energie ökologischer zu erzeugen, eine große Rolle.

Stichwort Klimaschutz(programm 2030) – welchen Beitrag kann die BHKW-Technik zur Senkung der CO₂-Emissionen leisten?

KWK-Anlagen zeichnen sich durch sehr hohe Gesamtwirkungsgrade aus und heben sich damit von der klassisch getrennten Erzeugung von Wärme und Strom ab. Durch die bessere Ausnutzung des verwendeten Brennstoffs ergibt sich bereits eine Reduzierung der CO₂-Emissionen.

Viel entscheidender ist aber die Wirkung der dezentralen Stromerzeugung auf das Netz. Aufgrund der Erzeugung des Stroms direkt am Ort des Bedarfs ergibt sich eine Entlastung für das derzeit in Deutschland viel diskutierte und auch real bereits vorhandene Transportproblem. Auch durch den Wegfall von Durchleitung und Umspannung des Stroms trägt KWK indirekt zur Vermeidung von CO₂-Emissionen bei.

Warum ist eine bedarfsgerechte Dimensionierung so bedeutsam?

Mit der aktuellen Fördersituation in Deutschland ist die Einspeisung von Strom in das allgemeine Versorgungsnetz in der Regel nicht rentabel. Folglich ist es für die Wirtschaftlichkeit eines BHKW entscheidend, möglichst viel des erzeugten Stroms im Objekt selbst zu verbrauchen. Aus diesem Grund ist eine passende Dimensionierung der elektrischen Leistung der Anlage bezogen auf die Objektsituation von zentraler Bedeutung.

Auf der anderen Seite muss allerdings auch die erzeugte Wärme sinnvoll genutzt ­werden können. Diese Wechselwirkungen ­zwischen Wärme- und Strombedarf, Energiespeichern und den einzelnen Leistungsniveaus der jeweiligen Anlage werden in BHKW-Ultimate per Simulation ermittelt und übersichtlich dargestellt (Bild 7).

Bei RMB/Energie gibt es eine spezielle Edition Ihrer Software …

RMB/Energie gehört seit vielen Jahren zu unseren Premium-Kunden. Schnell ist aus der freundschaftlichen Zusammenarbeit eine ­BHKW-Ultimate RMB-Edition entstanden, die im Look&Feel und in der Funktionalität speziell auf die Anforderungen und die Produktpalette von RMB/Energie zuschnitten ist.

Die RMB-Edition wird allen Partnern und Interessenten zur Verfügung gestellt. Typischerweise sind dies Stadtwerke, Kontraktoren, Planer und Heizungsbauer. Auch andere BHKW-Hersteller erweitern ihr Portfolio mit Anlagen von RMB/Energie und sind dadurch auch Nutzer dieser speziellen Edition der Software.

Einen wesentlichen Anteil an der Amortisation eines BHKW hat zurzeit die staatliche Förderung …

In einigen Fällen ist der Einsatz eines BHKW bereits ohne staatliche Förderungen wirtschaftlich möglich. Relevante Förderungen entstehen durch das KWKG, welches bei Kleinanlagen auch eine Vergütung für selbstverbrauchten Strom vorsieht. Negativ ist hier aber die jetzt schon knapp bemessene Förderdauer zu bewerten, über deren Absenkung aktuell erneut diskutiert wird.

Unverständlich ist aus unserer Sicht immer noch die seit 2014 auf selbsterzeugten und selbstverbrauchten Strom zu zahlende EEG-Umlage, die zumeist zu einem Anteil von 40 % fällig wird. Auch haben wir in den letzten Jahren eine zunehmende Unsicherheit bezüglich der Fördersituation und deren Bürokratie in der KWK-Branche wahrnehmen können. Hier stehen wir unseren Kunden mit BHKW-Ultimate zur Seite, da dort die aktuell gültige Fördersystematik passend zu den Objekt- und Anlagenbedingungen automatisiert angewendet wird.

Grundsätzlich kann ein BHKW fast überall sinnvoll sein. Beispielsweise ist ein neoTower 5.0 bereits ab einem Wärmebedarf von ca. 80.000 kWh/a und einem Strombedarf von ca. 25.000 kWh/a wirtschaftlich realisierbar. Typische Objekte sind Altenheime, Schwimmbäder, Hotels sowie Gewerbe- und Industriebetriebe jeglicher Art. Ungünstige Bedingungen für den KWK-Einsatz liegen vor, wenn Wärme- und Strombedarfe zeitlich getrennt voneinander entstehen oder für einen größeren Zeitraum im Jahr überhaupt nicht vorhanden sind.

Ihr Ausblick auf den BHKW-Markt?

Erfurth: KWK wird häufig unterschätzt. Vom Gesetzgeber und vom Bürger. Der Markt wird zudem durch Bürokratismus und Unsicherheiten in der Fördersituation geschwächt. Hier sollte langfristige Planungssicherheit herrschen. Bei der Verbrennung fossiler Energieträgern ist ein BHKW die effizienteste Lösung. Dadurch kann Kraft-Wärme-Kopplung die entscheidende Brückentechnologie zum langfristigen Ziel der vollständig aus erneuerbaren Quellen bereitgestellten Energieversorgung sein.

Kurz- und mittelfristig trägt jedes einzelne BHKW dazu bei, die Erforderlichkeit des kostenintensiven Trassen- und Netzausbaus zu senken, da Strom dort erzeugt wird, wo er auch gebraucht wird. Zur Erreichung dieser Ziele ist eine breitere und vor allem langfristige Unterstützung von staatlicher Seite dringend notwendig. Die Marktentwicklung wird maßgeblich davon abhängen.

Vielen Dank für dieses Gespräch!

Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in TGA Fachplaner 4/2020.