Kleine Kombikraftwerke

Schon seit einigen Jahren haben verschiedene Hersteller und Anbieter kleine, stromerzeugende Heizungen im Programm. In 2014 wurden rund 1200 Anlagen mit einer elektrischen Leistung von weniger als 2 kW verbaut. Der Artikel stellt die im Markt verfügbaren Technologien vor und beleuchtet die aktuellen Entwicklungen.

Eckdaten zu KWK-Anlagen
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) mit einer elektrischen Leistung von weniger als 2 kW werden auch als „stromerzeugende Heizungen“ bezeichnet. Nahezu jeder namhafte Hersteller von Wärmeerzeugern bietet Geräte in diesem Marktsegment an. Dabei handelt es sich um Aggregate auf Basis von Verbrennungs-, Stirling- oder Dampfkolbenmotoren sowie um Geräte mit Brennstoffzellen. Alle sollen sie geeignet sein, anspruchsvolle Ein- und Mehrfamilienhäuser oder kleine Gewerbebetriebe mit Strom und Wärme zu versorgen. Bei einer elektrischen Leistung von durchschnittlich 1 kW ist eine vollständige Stromversorgung des Gebäudes nicht möglich. Jedoch kann der Stromverbrauch über den Energieversorger nennenswert durch diese Geräte gesenkt werden.
Hersteller von stromerzeugenden Heizungen verfolgen unterschiedliche Strategien. Die einen, deren Geräte mit Verbrennungsmotoren arbeiten, setzen auf getrennte Komponenten. Dabei wird der erdgasbetriebene Verbrennungsmotor separat von der Heiztechnik eingesetzt. Die Wärmeauskopplung erfolgt entweder direkt oder über ein Wärmeauskopplungsmodul zur Systemtrennung in einen Pufferspeicher. Die Firmen Kirsch und ­Vaillant setzen auf dieses Konzept.
Generell reichen die thermischen Leistungen der KWK-Aggregate nicht zur Deckung des üblichen Wärmebedarfs eines Gebäudes oder eines Gewerbebetriebs aus. Es ist immer ein zusätzlicher Wärmeerzeuger, i.d.R. ein Brennwertgerät, zur Deckung des restlichen Wärmebedarfs notwendig. Bei Systemen mit Verbrennungsmotor wird dieser Wärmeerzeuger als separates Gerät über den Pufferspeicher hydraulisch in das Gesamtsystem eingebunden.
Grundsätzlich anders ist das Konzept von KWK-Aggregaten mit Stirlingmotoren. Hier sind Stirlinggenerator und Spitzenlastwärmeerzeuger in einem Gerät integriert. Das macht diese Form der Kraft-Wärme-Kopplung sehr kompakt. Geräte dieser Art sind kaum größer als konventionelle Brennwertgeräte. Auch sie werden über einen Pufferspeicher an das Heiz- und Trinkwarmwassersystem angebunden. Stromerzeugende Heizungen mit Stirlinggeneratoren werden von den Firmen ­Brötje, Remeha, Senertec und Viessmann angeboten.

Zwei mögliche Energieträger
Stromerzeugende Heizungen werden derzeit nur für den Energieträger Erdgas angeboten. Anlagen mit Verbrennungsmotoren arbeiten nach dem von Otto ent­wickel­ten Viertakt-Prinzip. Es handelt sich also um eine interne Verbrennung im Motor. Die Motoren sind auf einen speziellen Brennstoff (hier Erdgas) abgestimmt.
Auch Anlagen mit Stirlingmotoren werden derzeit nur für den Energieträger Erdgas angeboten. Anders als ein Ottomotor beruht das Prinzip des Stirlingmotors auf unterschiedlichen Temperaturen. Auf der „heißen“ Seite beträgt die Temperatur rund 500°C. Sie wird über einen Erdgasbrenner erzeugt. Die Kühlung der „kalten“ Seite erfolgt durch das Wasser der Heizungsanlage. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer externen Verbrennung. Grundsätzlich sind aber auch andere Konstruktionen möglich, die den Einsatz eines beliebigen Brennstoffs ermöglichen. So führt z.B. der Pelletkesselhersteller Ökofen Feldtests mit einer stromerzeugenden Heizung nach dem Stirlingprinzip und dem Energieträger Holzpellets durch.
Die Firma lion energy geht mit ihrem lion-Powerblock einen komplett anderen Weg. Der dampfgetriebene Lineargenerator wird mit Erdgas betrieben und kann mit einer elektrischen Leistung von 0,3 bis 2 kW modulieren.
Gänzlich ohne Verbrennung kommen Brennstoffzellen-Heizgeräte aus. Brennstoffzellen gewinnen Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff. Erdgas besteht zum größten Teil aus Methan (CH4). In einem Reformer wird der im Erdgas enthalte Wasserstoff (H) abgespalten und der eigentlichen Brennstoffzelle zugeführt. Dieser direkte Umwandlungsprozess führt zu den höchsten elektrischen Wirkungsgraden aller KWK-Technologien. Teilweise produzieren Brennstoffzellen-Heizgeräte mehr Strom als Wärme. Brennstoffzellen-Heizgeräte befinden sich bei einigen Herstellern in der Entwicklung oder in Feldtests, z.B. Bosch Thermotechnik mit der Marke Buderus. Ceramic Fuel Cells, elcore und Viessmann bieten serienreife Geräte an.
Eine Übersicht der im Markt verfügbaren KWK-Aggregate (nicht nur in diesem kleinen Leistungsbereich) gibt die neueste Datenerhebung der „Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.“ (ASUE). Sie ist in der Broschüre „BHKW-Kenndaten 2014/2015; Module, Anbieter, Kosten“ erschienen.

Eine Frage des Geldes
Die Kosten für ein KWK-System im betrachteten Leistungssegment bis 2 kWel liegen deutlich über denen einer konventionellen Heizungsanlage mit Brennwertgeräten. Jedoch sind sie auch nicht miteinander vergleichbar, weil Brennwertgeräte keinen Strom erzeugen. Diese Tatsache muss bei einem Vergleich der Heizsysteme in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt werden. Aber auch dann wird sich die Wirtschaftlichkeit einer Investition in ein solches System derzeit noch schwer darstellen lassen. Zur Unterstützung und Weiterentwicklung der stromerzeugenden Heizung hin zu einem Standardprodukt, vergleichbar mit der Brennwerttechnik heute, wird die Technologie von unterschiedlichen Förderungen flankiert.

Fazit
Kleine KWK-Geräte und stromerzeugende Heizungen sind auf dem Markt verfügbar. Es gilt nun, diese in größerer Stückzahl zu installieren, damit die derzeit noch hohen Preise nach und nach sinken.
Soll die Installation und der Betrieb einer stromerzeugenden Heizung so einfach sein wie heute die Installation eines Brennwertgerätes, ist noch einiges zu tun. Das betrifft auch den Bereich der Weiterbildung der potenziellen Installateure. Denn was sind Kleinst-KWK-Anlagen anderes als wörtlich genommen „Heizungsanlagen, die nebenbei noch Strom erzeugen“?