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Ratgeber "Betrieb von Blockheizkraftwerken": Wärme- und stromgeführter Betrieb im Vergleich

Wie wird ein Blockheizkraftwerk wirtschaftlich betrieben? Wie funktioniert ein wärmegeführter BHKW-Betrieb? Welche Vor- und Nachteile bietet ein stromgeführter BHKW-Betrieb? Wie funktioniert ein strom- und wärmegeführter BHKW-Betrieb?

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Betriebsarten von Blockheizkraftwerken

Blockheizkraftwerke werden im Optimalfall dauerhaft und unter Volllast betrieben, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen. Da der jeweilige Strom- und Wärmebedarf immer auch Schwankungen unterlegen ist, wird der Betrieb des Blockheizkraftwerks über eine entsprechende Steuerung an diese Schwankungen angepasst. Diese Betriebsanpassung nennt man dann einen wärmegeführten, einen stromgeführten und einen kombinierten wärme- und stromgeführten Betrieb eines Blockheizkraftwerks.

Je nach Bedarfsschwerpunkt wird das Blockheizkraftwerk dann so eingestellt, dass das BHKW nur in Betrieb geht, wenn der jeweilige Bedarf herrscht. Da ein Blockheizkraftwerk umso wirtschaftlicher betrieben werden kann, je konstanter das BHKW ausgelastet ist, wird das Blockheizkraftwerk meistens nur so groß dimensioniert, dass es den Grundlastbedarf decken kann. Mittel- und Spitzenlast werden in der Regel von anderen Energieerzeugern bereitgestellt. Die wärmegeführte Betriebsweise ist dabei der häufigste Anwendungsfall für BHKW-Anlagen.

Wärmegeführter Betrieb von Blockheizkraftwerken

Wärmebedarf steuert den BHKW-Einsatz

Bei einem rein wärmegeführten Betrieb des Blockheizkraftwerks wird dieses ausschließlich in Betrieb genommen, wenn Wärme gebraucht wird. Wird das BHKW in einem Wohnhaus eingesetzt, so könnte der Betrieb des Blockheizkraftwerks durch die Innentemperatur der Räume gesteuert werden. Wird das Blockheizkraftwerk in einem Motel eingesetzt, so könnte der Warmwasserbedarf die Steuerung des BHKW bestimmen. Wird das Blockheizkraftwerk in einem Schwimmbad eingesetzt, dann könnte hier die Wassertemperatur die ausschlaggebende Größe sein.

Blockheizkraftwerk: Grund-, Mittel- und Spitzenlastabdeckung

Um das Blockheizkraftwerk voll auszulasten, wird dieses so bemessen, dass der Grundlastwärmebedarf gedeckt werden kann. Zur Deckung der Spitzenlast des Wärmebedarfs kommt daher ein weiterer Wärmeerzeuger zum Einsatz. Dieses sind dann häufig Spitzenlastkessel auf Gas- oder auch Ölbasis. Eine weitere Differenzierung und Optimierung des Blockheizkraftwerks könnte durch einen sogenannten Kaskaden-Betrieb erfolgen. Hier würde ein größeres und ein kleineres BHKW zusammengeschaltet werden und das kleinere BHKW die sogenannte Mittellast übernehmen. Um kurzfristig Wärme bereitzustellen, ohne einen weiteren Erzeuger hinzuschalten zu müssen, werden zudem Wärmepufferspeicher integriert.

Wirkungsgrad beim wärmegeführten BHKW-Betrieb

Wird das Blockheizkraftwerk zur Wärmeversorgung eingesetzt, so ist die Reduzierung der Motorleistung auch mit einer Verringerung des elektrischen Wirkungsgrades verbunden. Die Leistungsreduzierung des Blockheizkraftwerks im wärmegeführten Betrieb auf 60 % der Nennleistung ist daher mit einem Wirkungsgradverlust von einigen Prozent verbunden. Bei einem rein wärmegeführten BHKW-Betrieb wird der erzeugte Strom in der Regel in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder teilweise zur Deckung des Eigenstrombedarfs eingesetzt. Aufgrund der wärmegeführten Auslegung und des damit verbundenen Wirkungsgradverlustes des Blockheizkraftwerks spielen auch die Stromerlöse nur eine untergeordnete Rolle.

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Stromgeführter Betrieb von Blockheizkraftwerken

Vorteile eines stromgeführten Betriebs des Blockheizkraftwerks

Blockheizkraftwerke werden in aller Regel nicht ausschließlich stromgeführt betrieben. Dies ist nur bei Anwendungen von Interesse, in denen immer eine Wärmesenke zur Abnahme der bei der Stromproduktion anfallenden Wärme vorherrscht. Ein solcher Anwendungsfall besteht z. B. bei Energieversorgungsunternehmen, die auch ein Fernwärmenetz betreiben und ein Blockheizkraftwerk zur Optimierung des eigenen Strombezugs einsetzen. Dies ist dann der Fall, wenn bei einem hohen Bedarf an Strom die Bezugskosten kurzfristig stark steigen und der Strom günstiger mit einem Blockheizkraftwerk produziert werden kann.

Nachteile des stromgeführten BHKW-Betriebs

Beim stromgeführten BHKW-Betrieb bestimmt allein das Stromlastprofil des Energieversorgungsunternehmens, wann das Blockheizkraftwerk in Betrieb geht. Daher wird auch eine optimale Auslastung des Blockheizkraftwerks nicht gegeben sein und der wirtschaftliche Vorteil ausschließlich aus den Stromkosteneinsparungen durch Selbsterzeugung des Stroms durch das Blockheizkraftwerk resultieren. Ist zudem kein direkter Wärmeabnehmer wie ein Fernwärmenetz vorhanden, sondern nur ein Wärmespeicher, so verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerks aufgrund der Wärmeverluste im Pufferspeicher und somit auch die ökologische Vorteilhaftigkeit des BHKW. Aus Sicht der Energieeffizienz und des ökologischen Nutzens tritt der schlechteste Betriebsfall ein, wenn kein Wärmeabnehmer oder Wärmespeicher zur Verfügung steht und die entstehende Abwärme weggekühlt werden muss.

Wärme- und stromgeführter Betrieb von Blockheizkraftwerken

Hohe Wärme- und Stromgrundlast wichtige Voraussetzungen

Ein kombinierter wärme- und stromgeführter BHKW-Betrieb kommt dann zur Anwendung, wenn ein gleichmäßig hoher Wärme- und Strombedarf besteht. Dies ist zum Beispiel in Krankenhäusern der Fall. Neben einer hohen Wärmegrundlast weist dabei auch der Strombedarf typischerweise täglich wiederkehrende Strombedarfsprofile mit einer konstanten Stromgrundlast und einem überlagerten Lastprofil auf. Daher kommt es bei der Dimensionierung des Blockheizkraftwerks darauf an, einen möglichst hohen Anteil der Wärmegrundlast und der Stromgrundlast gleichzeitig abzudecken. Durch einen strom- und wärmegeführten Betrieb des Blockheizkraftwerks kann dann eine hohe Auslastung des Blockheizkraftwerks durch eine hohe Anzahl an Vollbenutzungsstunden innerhalb eines Jahres erreicht werden.

Mittel- und Spitzenlastabdeckung durch Kaskadenschaltung

Liegt ebenfalls eine konstant auftretende Mittellast im Strom- und Wärmebedarf vor, so bietet es sich an, ein zweites Blockheizkraftwerk in Kaskade zu schalten. Dieses BHKW könnte dann stromgeführt zum Einsatz kommen, um den Mittel- und teilweise auch den Spitzenlaststrombedarf abzudecken. Die im Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme wird dabei zur Deckung des mittleren Lastbereiches genutzt und in Zeiten mit geringerem Wärmebedarf, in der Strom zur Spitzenlastabdeckung produziert wird, in Wärmespeichern zwischengespeichert. Eine solche Kaskadenschaltung der BHKW ist immer mit einer geringeren Auslastung des zweiten, stromgeführten Blockheizkraftwerks verbunden.

Die Wirtschaftlichkeit von in Kaskade geschalteten BHKW zur Strom- und Wärmebedarfsdeckung wird stark davon abhängig sein, wieviel Stromkosten in Spitzenlastzeiten durch die Eigenproduktion des Stroms im Blockheizkraftwerk eingespart werden können. Da die festgelegten Stromtarife in Spitzenlastzeiten häufig sehr teuer waren, war das Einsparpotenzial durch ein zweites Blockheizkraftwerk besonders groß. Aufgrund der Liberalisierung des Strommarktes und einer damit einhergehenden Vereinfachung der Stromtarife ohne Tarifzonen und Leistungsverrechnung, wird eine stromgeführte Betriebsweise eines zweiten Blockheizkraftwerks in vielen Fällen jedoch weniger wirtschaftlich werden.

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"Wärme- & stromgeführter Betrieb von BHKW" wurde am 14.05.2018 das letzte Mal aktualisiert.