Ein Kraftpaket für Wärme und Strom - Erfahrungsbericht über eine Kraft-Wärme-Kopplung-Anlage

Der stetige Bedarf von Wärmeenergie für die Warmwasserbereitung sowie der tagtägliche Strombedarf für Gästezimmer und Gastronomie (vor allem für die Kühlung) rückte die Kraft-Wärme-Kopplung in den Fokus des Investors. Insbesondere als es darum ging, eben mehr zu tun, als nur den Heizkessel zu erneuern.  Der bisherige Energiebedarf an Strom betrug  real 52755 kWh und an Erdgas 198478 kWh pro Jahr.

Energiebedarfsermittlung
Der Bedarf entstand zum einen in der Küche und des Restaurantbetriebs sowie in  der Vermietung von zwölf Gästezimmern des Hotels inkl. Frühstücksbuffet. Entsprechend dem Anforderungsprofil galt es, insbesondere für die Bereitstellung von Warmwasser, neben der stetigen Grundlastabsicherung besonders auch notwendige temporäre Spitzenlasten sicherzustellen.  Das Nutzungsprofil ergab einen verhältnismäßig konstanten Bedarf mit Spitzenlasten am Morgen und am Abend. Besonders den Spitzenbedarfsanforderungen in der Bereitstellung von Warm-Trinkwasser in den Morgen- und Abendstunden – wo es bislang zuweilen Engpässe gegeben hatte – galt es zu entsprechen.

Blockheizkraftwerk und Brennwerttechnik
Die zu installierende Gesamt-Wärmeleis­tung  wurde mit insgesamt 77,5  kW festgelegt und wie folgt aufgeteilt: Thermische Leistung BHKW 12,5 kW und thermische Leistung Brennwertgerät 65 kW. Das installierte BHKW funktioniert nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung: Ein speziell entwickelter Gas-Verbrennungsmotor treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Dieser wandelt die mechanische Energie des Motors in elektrische Energie um. Die dabei entstehende Abwärme wird über einen Plattenwärmetauscher ausgekoppelt und zur Heizung und Warmwasserbereitung verwendet.
Die optimierte Nutzung der Abgaswärme trägt hierbei zur hohen Effizienz des BHKWs bei. Auf diese Weise wird die eingesetzte Energie doppelt genutzt und so ein wesentlich höherer Wirkungsgrad als in modernen Großkraftwerken erzielt.
Das BHKW mit variabler Motordrehzahl und einem Gesamtwirkungsgrad von etwa 90%, wurde mit einer elektrischen Leistung von 1,3 – 4,7 kW und einer entsprechenden thermischen Leistung von 4,0 – 12,5 kW modulierend und eine Gas-Brennwerttherme mit 65 kW als Spitzenlast-Kessel installiert.  Mit dieser Leistung konnten kurze Nachladezeiten realisiert werden. Der bisherige Energieträger war Erdgas. Ein Versorgungsanschluss war somit vorhanden.  Durch die Wärmegewinnung aus dem Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors reduziert sich die Abgastemperatur auf  <90°C. Sowohl für das Brennwertgerät als auch für das BHKW wurden die Abgassysteme saniert bzw. erneuert.

Bilanz nach dem ersten Betriebsjahr
Die Bilanz zeigte bereits nach dem ersten Betriebsjahr eine sehr gute (stetige) Laufzeit des BHKWs und somit eine konstante (stetige) Stromproduktion, da eine thermische Grundlast für die Trinkwassererwärmung ebenso dauernd anstand, wie die Lasten für elektrische Energie. Nur ein sehr geringer Teil elektrischer Energie konnte nicht selbst verbraucht werden und wurde daher in das Netz eingespeist. Dieser Trend hat sich mittlerweile nach nunmehr 5 Betriebsjahren fortgesetzt und in dieser Form bestätigt.
Das BHKW ist abgesehen von den Wartungsarbeiten nahezu ganzjährig in Betrieb. Bemerkenswert ist der Grundlastanteil des BHKWs in der Wärmeerzeugung mit einer mittleren Heizleistung von im ersten Betriebsjahr 10,2 kW und über die folgenden Betriebsjahre nunmehr gemittelten 10,8 kW.
Allein die Strommenge, die das BHKW im ersten Betriebsjahr produziert hat, entsprach nach damaligem Stromkos­tentarif des Betreibers etwa 5750,– Euro. Dem standen Gas-Bezugskosten für das BHKW von etwa 6500,- Euro gegenüber. Diese Brennstoffmenge sorgte aber ebenfalls für den thermischen Grundlastanteil von erzeugten 89421 kWh Wärme. Dieser Anteil musste somit nicht vom Brennwertgerät abgedeckt werden und entspricht einer Gasbezugskostenersparnis von etwa  4500,– Euro auf der Guthabenseite.  Demzufolge ließ sich sagen, dass die Stromerzeugung etwa 2000,– Euro an Brennstoffkosten verursacht. Dies würde Stromerstehungskosten von 0,07 Euro pro kWh (zuzüglich Instandhaltungskosten) bedeuten.

Energieeffizienz gesteigert
Dieses Beispiel aus der Praxis zeigt, dass ein integraler Planungsansatz von der Entwurfsplanung über die Realisierung, Inbetriebnahme und Anlagenbetreuung, die entsprechenden Voraussetzungen schuf, dass allein durch anlagentechnische Maßnahmen Energie eingespart und somit die Energieeffizienz eines Gebäudes nachhaltig gesteigert werden kann. Dabei konnten die Fassade, die Dachfläche, die Umgebung nahezu unberührt bleiben. Vielmehr wurde die neue Haustechnik nicht nur auf den Energiebedarf entwickelt, sondern auch nach dem Gebäude, dessen enorme Wärmespeicherkapazität bislang nicht im Geringsten mitberücksichtigt wurde. Dies belegen weitere Untersuchungen und Betrachtungen nach mittlerweile fünf Betriebsjahren.
Wichtig ist es, den Blickwinkel bezüglich des Energiebedarfs umfassend zu erweitern, um festzustellen, dass die Hauptkomponenten des Gesamt-Energiebedarfs nicht nur Energie für Wärme, sondern auch für Automation, Beleuchtung und sehr oft auch für Kühlung einfordern. Je konstanter und – in  der Verhältnismäßigkeit des Bedarfs – ausgewogener die Anforderungen sich objektspezifisch darstellen, desto mehr kann eine Kraft-Wärme-Kopplung in solchen Anforderungsszenarien einen großen Anteil an Energieeffizienz in Gebäuden bedeuten.

Autor: Frank Hartmann

Bild: IKZ-ENERGY Archiv

Grundlast mit doppeltem Nutzen
Zum Nachlesen: Unter dem Titel „Ein Kraftpaket für Wärme und Strom“ erschien in der IKZ-ENERGY Ausgabe 2/2011, Seite 64 ff. bereits ein ausführlicher Artikel zu dem Projekt, dessen erste Betriebsergebnisse hier nun vorliegen.