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Eigener Strom vom Kellerkraftwerk

10.06.2016

Zunehmend mehr Hausbesitzer suchen nach einer Möglichkeit, um sich nicht nur aus Kostengründen unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz zu machen. Hinzu kommt der generelle Wunsch nach mehr Autarkie mit Blick auf die Versorgungssicherheit. Weitere Motive sind, aktiv zur Energiewende und zum Umweltschutz, also zur Senkung des CO2-Ausstoßes, beizutragen. Doch nicht jeder Eigenheimbesitzer möchte eine Photovoltaikanlage auf seinem Dach installieren, sofern dies technisch und wirtschaftlich überhaupt sinnvoll ist. Als Alternative bietet sich in solchen Fällen eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK-Anlage) an, die insbesondere Erd- und Flüssiggas sowie Heizöl zum Betrieb nutzt. Als weitere Brennstoffe werden in KWK-Anlagen aber auch Biogas sowie Pflanzenöl und Biodiesel als auch Festbrennstoffe wie Hackschnitzel und Pellets eingesetzt, die im Kleinanlagenbereich noch in der Testphase sind.

Mikro-KWK-System mit Gasmotor: Das „ecoPOWER 1.0“ verfügt über eine elektrische Leistung von 1 kW und eine Wärmeleistung von etwa 2,5 bis 28 kW mit Spitzenlastkessel. www.vaillant.de

Brennstoff wird doppelt genutzt

Im Vergleich zu Heizkesseln nutzen sie den verfeuerten Brennstoff doppelt und damit deutlich effizienter aus: Zum einen wird ein Generator angetrieben, der Strom erzeugt. Im KWK-Aggregat entsteht bei diesem Vorgang gleichzeitig Wärme, die sich über einen Wärmetauscher in einen Heizwasserpufferspeicher auskoppeln und in das Heizsystem im Gebäude übertragen lässt. Aus diesem Grund spricht man auch von einer stromerzeugenden Heizung. Moderne Anlagen erreichen Gesamt-Wirkungsgrade von 80 bis 95 Prozent. Für den Einsatz im Eigenheimbereich besonders interessant sind gasbefeuerte Mikro- oder Nano-KWK-Anlagen. Typische Aggregate verfügen über eine elektrische Leistung von etwa 0,3 bis 1 Kilowatt (kW) und, abhängig vom Wirkungsgrad des Produkts, über eine Basis-Wärmeleistung zwischen etwa 0,7 und 6 kW. Um den Raumwärme- und den Warmwasserbedarf komfortabel zu decken sowie um eventuelle Stillstandzeiten der KWK-Einheit zu überbrücken, kommt entweder ein Zusatzbrenner oder ein Brennwert-Spitzenlastheizkessel ergänzend zum Einsatz. Oft befinden sich die Zusatzheizung sowie weitere Betriebskomponenten unter derselben Haube wie das KWK-Modul. Man spricht aufgrund der kompakten, meist eckigen Bauweise dann auch von einem Blockheizkraftwerk (BHKW).

Als Antriebe für KWK-Anlagen kommen vor allem Verbrennungsmotoren sowie Stirlingmotoren zum Einsatz. Stirlingmotoren werden vorzugsweise in Mikro-KWK-Anlagen eingesetzt, weil sie technisch bedingt sehr leise arbeiten, eine hohe Lebensdauer haben und fast wartungsfrei sind. Denn im Gegensatz zu Ottomotoren benötigen sie zum Betrieb weder eine Verbrennung noch eine Explosion im Zylinder. Ihr elektrischer Wirkungsgrad liegt meist unter dem vergleichbarer Modelle auf Ottomotorbasis, die auf etwa 25 bis 28 Prozent kommen.

Kellerkraftwerk mit Brennstoffzellen-Technik: Das serienmäßig verfügbare, kompakt gebaute „Vitovalor 300-P“ mit 750 Watt elektrischer Leistung besitzt zwei integrierte Speicher.<br />
www.viessmann.de

Brennstoffzellen-Geräte arbeiten noch effizienter

Eine Besonderheit sind gasbetriebene Mikro-Brennstoffzellenheizgeräte (BZH), die mit elektrischen Leistungen von 0,3 bis zirka 1 kW arbeiten und einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 60 Prozent aufweisen können. Weil bei der Stromproduktion dadurch weniger Abwärme entsteht, eignen sie sich sehr gut für den Eigenheimbereich. Unterschieden werden im Wesentlichen zwei Technologien: Niedertemperatur-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen) arbeiten mit Betriebstemperaturen von zum Teil unter 100 Grad Celsius und müssen deshalb das zugeführte Erdgas zuerst in einem Reformer aufbereiten, um es in der Brennstoffzelle nutzen zu können. Beim Reformingprozess wird das Erdgas zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC-Brennstoffzellen) arbeiten bei Betriebstemperaturen von 650 bis 1000 Grad Celsius, weshalb eine Verwertung von Erdgas direkt in der Zelle, also ohne den Reformingprozess, möglich ist. Sie erreichen deshalb einen höheren Wirkungsgrad als PEM-Zellen. Doch die hohen Betriebstemperaturen stellen die Hersteller auch vor besondere Herausforderungen, zum Beispiel mit Blick auf die Materiallebensdauer.

Ende 2015 wurde der Praxistest „Callux“ beendet, der über mehrere Jahre gelaufen ist. Hierbei wurden rund 500 Mikro-BZH für den Eigenheimbereich von mehreren Herstellern installiert, betrieben und messtechnisch begleitet. In diesem Jahr soll nun die Markteinführung von SOFC-BZH beginnen. Als Serienprodukte bereits erhältlich sind insbesondere einzelne BZH-Modelle auf PEM-Basis.

Neben einer modularen und möglichst kompakten Bauweise legen die Hersteller von Brennstoffzellen-Heizgeräten auch Wert auf ein ansprechendes Design. www.vailant.de

Kellerkraftwerk: Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit

Die Kosten für eine Mikro-KWK-Anlage liegen – je nach Modell – zwischen etwa 18.000 und 28.000 Euro (inklusive Speicher, Zusatzheizgerät und Montage), wobei die BZH-Produkte tendenziell am teuersten sind. Hinzu kommen noch jährliche Nebenkosten wie für die regelmäßige Wartung. Staatliche Zuschüsse für Mini-KWK-Anlagen gibt es vom BAFA beim Einbau in bestehende Gebäude: Die Basisförderung, die von der elektrischen Leistung abhängt, beträgt 1900 Euro bei einer Anlage bis 1 kW. Zwei Boni-Zuschläge sind geräteabhängig möglich:

60 Prozent für Stromeffizienz (= 1140 Euro) und 25 Prozent für Wärmeeffizienz (= 475 Euro). Eventuell bezuschussen auch einzelne Länder, Hersteller oder Energieversorger die Anschaffung der Kleinkraftwerke – nachfragen lohnt sich.

Doch Achtung: Das Eigenheim muss, abhängig vom KWK-Anlagentyp, einen Mindest-Jahreswärmeverbrauch aufweisen, damit die Mikro-KWK-Anlage möglichst viele Betriebsstunden erreicht, um wirtschaftlich arbeiten zu können – typisch sind etwa 4.500 bis 6.000 Betriebsstunden pro Jahr. Um eine möglichst lange Laufzeit zu erreichen, dürfen die Aggregate nicht zu groß ausgelegt sein. Denn würde (vor allem außerhalb der Heizperiode) zu viel überschüssige Wärme produziert, würde sich die KWK-Anlage abschalten. Häufen sich solche Stillstandszeiten, sinkt die Wirtschaftlichkeit drastisch. Es ist deshalb ratsam, vor dem Kauf auf Basis der Geräte-, Haus- und Verbrauchsdaten sowie mit den konkreten Kosten aus dem Handwerkerangebot eine individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnung durchführen zu lassen, aus der sich dann die optimale KWK-Größe ergibt.

Vergütungen für eingespeisten und selbst verbrauchten Strom

Für den selbst produzierten KWK-Strom erhält der Betreiber eine Vergütung sowie kleinere Zuschläge. Das seit dem 1.1.2016 gültige Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG 2016) vergütet den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom aus Mikro- und Mini-KWK-Anlagen mit 8 Cent je kWh. Für den selbst verbrauchten Strom gibt es 4 Cent je kWh. Begrenzt ist die KWKG-Förderung übrigens auf 60 000 KWK-Vollbetriebsstunden.

Unterm Strich gilt deshalb auch für den Betrieb eines Kellerkraftwerks, dass es eindeutig wirtschaftlicher ist, den selbst erzeugten Strom vorrangig im eigenen Haus zu verbrauchen. Weil eine KWK-Anlage im Eigenheim in der Regel aber immer nur dann läuft und somit auch Strom erzeugt, falls eine Wärmeanforderung besteht, kann die ergänzende Einbindung eines Batteriespeichers interessant sein.

Doch Achtung: Letztlich macht der Speicher nur dann Sinn, wenn die produzierte Wärme möglichst häufig im Jahr, also auch außerhalb der Heizperiode, sichergestellt ist. Kleiner Wermutstropfen: Für einen Batteriespeicher, der in ein KWK-System eingebunden wird, gibt es kein Fördergeld von der KfW.