Positionspapier (4): Heizungstechnologien mit Zukunft (1): BHKW und Brennstoffzellen

Was Heizungstechnologien zukunftsfähig macht und welche sieben Faktoren die Effizienz von Heizungen als Ganzes beeinflussen, das wisst ihr nach der Lektüre der vorangegangen Artikel dieser Reihe zum KEA-Positionspapier „Grundlegende Empfehlungen für Sanierung und Erneuerung von Heizungsanlagen. Hinweise und Empfehlungen für Hausbesitzer, Investoren sowie Fachplaner und Handwerk“ bereits. In diesem und den kommenden Artikeln geht’s um die einzelnen Heizungstechnologien – welche haben in den Augen der Heizungs- und Gebäudesanierungsexperten das Zeug für die Zukunft? Wir starten mit Blockheizkraftwerken (BHKW) und Brennstoffzellen. 

Die Wissenschaftler, die das KEA-Positionspapier geschrieben haben, sind Heizungs- und Gebäudesanierungsexperten. Sie zeigen in dem Papier auch auf, wie zukunftsfähig einzelne Techniken zur Wärmeerzeugung sind. Zunächst geht es ihnen aber um die Brennwertkessel im Allgemeinen.

Standardtechnologie: Fossil betriebene Brennwerttechnik

Fossil befeuerte Brennwertkessel seien mit ihren Marktanteilen von rund 90 Prozent an den Neuinstallationen derzeit Standard – was man, so die Verfasser des Positionspapiers, von

• ihrer korrekten Auslegung (Dimensionierung),
• ihrem Einbau
• und ihrem bedarfsgeregelten Betrieb

leider nicht sagen könne, denn diese Aspekte seien demnach längst noch nicht Standard. Gleichwohl Gasbrennwertkessel seit mehr als 20 Jahren und Ölbrennwertkessel seit 15 Jahren Stand der Technik seien, würden diese nach ihrer Installation die im Vergleich zu ineffizienteren Standard- und Niedertemperaturkesseln machbaren Einsparungen kaum erreichen. Als Gründe dafür führen die Verfasser des Positionspapieres

• eine falsche Auslegung,
• einen fehlenden hydraulischen Abgleich (siehe Teil 2 dieser Artikelreihe)
• und falsche Betriebsparameter an.

Fossile Brennstoffe im Vergleich: Heizgas vs. Heizöl

Dann vergleichen die Wissenschaftler die beiden fossilen Brennstoffe Erdgas und Erdöl hinsichtlich ihrer Zukunftstauglichkeit: Erdgas sei demnach der vergleichsweise sauberere Energieträger. Verfeuere man es, würden nur wenige Luftschadstoffe emittiert. Die Emissionen an Treibhausgasen (THG) seien deutlich niedriger als bei ölbefeuerten Kesseln (etwa 22 Prozent brennstoff- und etwa 28 Prozent systembezogen, da Erdgaskessel typischerweise höhere Jahresnutzungsgrade aufwiesen). Eine bereits mittelfristig nötige Dekarbonisierung der Wärmeversorgung sei mit dem fossilen Brennstoff Erdgas dennoch kaum erreichbar. Die Wissenschaftler bezweifeln zudem, dass künftig genügend Gas aus erneuerbaren Energien zur Verfügung stehen werde. Gasbrennwertkessel sehen sie deshalb eher als Brückentechnologie an.

Blockheizkraftwerke (BHKW): Heizungstechnologie mit Zukunft?

Weil BHKW Strom und Wärme zugleich erzeugten, bescheinigen ihnen die Experten im Positionspapier eine sehr effiziente Energienutzung (Kraft-Wärmekopplung – KWK). Wobei die Technik mit steigender Stromkennzahl und damit steigendem Anteil der Stromerzeugung auch energetisch mehr Sinn machen würde und von größerem ökologischem Vorteil sei.

Große BHKW meist energieeffizienter als kleine und kleinste

Bei motorbetriebenen Anlagen nehme die Stromkennzahl mit der Größe der BHKW-Heizungs-Anlage zu. Gleichzeitig würden die spezifischen Kosten von rund 2.500 Euro pro Kilowatt (€/kW) bei Anlagen kleiner 10 kW auf Werte unter 500 €/kW sinken. Im Umkehrschluss heiße, dass kleine und kleinste BHKW-Systeme (Mikro-KWK) kritischer zu bewerten seien als größere Anlagen.

BHKW sinnvoll in Gebäuden mit hohem Jahreswärmebedarf

Die Experten für Heizung und Gebäudesanierung schreiben, dass BHKW aus einzelwirtschaftlicher Perspektive deshalb in Gebäuden mit einem ausreichend hohen Jahreswärmebedarf installiert werden sollten, zum Beispiel

• größere öffentliche Liegenschaften
• große Wohngebäude
• und Industrieunternehmen.

BHKW möglichst auf Grundwärmelast auslegen

Die Verfasser des Positionspapiers empfehlen, dass man BHKW derzeit auf die Grundwärmelast auslegen solle, um

• eine möglichst hohe Laufzeit (Volllaststunden) im Jahr
• und damit auch eine hohe Stromproduktion zu zielen.

Ein BHKW werde daher im Regelfall mit einem weiteren Wärmeerzeuger kombiniert, so dass die Wärme bivalent beziehungsweise multivalent erzeuge.

BHKW-Strom möglichst im Gebäude verbrauchen

Da die Vergütung für die Einspeisung von Strom ins öffentliche Stromnetz meist geringer ausfalle als der Strombezugspreis, empfehlen die Experten außerdem, einen möglichst hohen Anteil des mit dem BHKW eigens erzeugten Stroms im Gebäude beziehungsweise in der der Liegenschaft selbst zu nutzen (Eigenverbrauch). Ein wirtschaftlicher Betrieb ergebe sich somit insbesondere dann, wenn Stromlast und Wärmelast zugleich hoch seien.

BHKW – wärme- oder stromgeführt

Derzeit würden BHKW in der Regel wärmegeführt betrieben, das heiße, das Aggregat werde abhängig von der im Gebäude oder Wärmenetz auftretenden Wärmelast ein- und ausgeschaltet. Die Laufzeiten für einen ökologisch und wirtschaftlich sinnvollen Betrieb beziffern die Verfasser des KEA-Positionspapieres auf eine Größenordnung zwischen 4.500 und 5.000 Volllaststunden pro Jahr.

Integriere man solche KWK-Anlagen in ein Stromversorgungssystem mit einem nur geringen Anteil an regenerativer Energie, würde der im BHKW erzeugte Strom entsprechend Strom aus fossilen Großkraftwerken verdrängen.

Steige aber langfristig der Anteil regenerativer Energien bei der Stromproduktion gemäß den Plänen Deutschlands auf Werte um 80 Prozent oder mehr an, dann würde der Vorteil von Erdgas-Blockheizkraftwerken bezüglich der Reduktion von Treibhausgasen Schritt für Schritt abnehmen, da die sonstige Stromproduktion immer weniger mit CO2 belastet sei.

BHKW: Verbrennungsmotoren dominieren den Markt

Technisch dominierten mit Erd- oder Biogas betriebene Verbrennungsmotoren den Markt. Eine Alternative dazu sei die sogenannte Stirling-Maschine, die sich wegen

• hoher Kosten,
• niedriger elektrischer Wirkungsgrade
• und der schwierigen Handhabung des Arbeitsgases Helium

bislang nicht durchgesetzt habe.

Und wie zukunftstauglich sind Brennstoffzellen als Wärmeerzeuger?

Auch die Brennstoffzelle stelle demnach letztlich eine KWK-Anlage dar. Hier würden einzelne Marktprodukte wie die SOFC (Solid oxid fuel cell) Wirkungsgrade von über 60 Prozent erzielen – die die Wissenschaftler hinter dem KEA-Papier als hoch bewerten. Die meist verbreitete PEM-Zelle (proton exchange membrane fuel cell) erreiche ihnen zufolge bei Betrieb mit Erdgas lediglich knapp 40 Prozent elektrischen Wirkungsgrad.

Die Experten weisen darauf hin, dass Brennstoffzellen im Heizungsmarkt bislang so gut wie keine Verbreitung gefunden, gleichwohl es derzeit attraktive Förderangebote dafür gebe.

Grundsätzlich, so ist im Positionspapier zu lesen, sei auch Holz als erneuerbarer Energieträger für KWK-Systeme einsetzbar. Dabei hätten sich

• einerseits ORC-Systeme
• und andererseits im Kraftwerksmaßstab auch herkömmliche Dampfturbinenprozesse

bewährt. Motoren, die direkt mit Holzgas betrieben würden, hätten sich dagegen nicht am Markt behaupten können.

Foto: polarocket/photocase