„Die Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung ändert sich“

Die Ausgangslage im Marktsegment der Mini-BHKW hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Das Thema Eigenstrom wird mittlerweile von der Photovoltaik dominiert. Fossile Energie wird immer teurer und ab 2025 soll jedes neu eingebaute Heizsystem seine Energie zu 65 % aus Erneuerbaren Energien beziehen. Technisch gesehen ist das Thema Wasserstoff/Brennstoffzelle für Mini-BHKW wieder aktuell. Wir sprachen mit Hagen Fuhl, Prokurist beim Mini-BHKW-Pionier SenerTec, über aktuelle und zukünftige Entwicklungen.

IKZ-HAUSTECHNIK: Was waren die Meilensteine in der technischen Weiterentwicklung von Mini-BHKW in den vergangenen Jahren – hervorgerufen auch z. B. aufgrund von Erfahrungen aus der Praxis oder aufgrund der Tatsache, dass sich Wohn- und Nichtwohngebäude bezogen auf die Heizlast massiv nach unten entwickelt haben? Wie hat SenerTec seinen Dachs an die sich verändernden Bedingungen angepasst?

Hagen Fuhl: SenerTec hat zum einen den bestehenden Dachs 5.5 weiterentwickelt. Mit zahlreichen Modifikationen an Motor, Grundrahmen, Wärmetauschern und Generator konnte a) die Energieeffizienz nochmals deutlich gesteigert und so bezogen auf den Heizwert (Hi) ein Gesamtwirkungsgrad von bis zu 105,7 % erzielt werden, b) wurde für die jeweilige Energieerzeugung von Strom und Wärme der optimierte Betriebspunkt durch die Modulierbarkeit in drei Leistungsstufen ermöglicht, c) das Wartungsintervall auf 7 000 bis 11 000 Betriebsstunden – abhängig von den jeweiligen Leistungsstufen – verdoppelt bis verdreifacht, d) der Schalldruck halbiert, was den Einsatz in einem geräuschsensiblen Umfeld ermöglicht und e) wurde der Dachs für den Betrieb mit bis zu 20 Vol.-% Wasserstoff zertifiziert.

Zum anderen hat er einen kleinen Bruder bekommen, den Dachs 2.9, um auch für Objekte mit geringerem Wärmebedarf, jedoch aufgrund der E-Mobilität steigenden Strombedarf die passende Antwort zu liefern. Eine weitere Innovation ist der Dachs 0.8, mit dem wir ein hocheffizientes Brennstoffzellenheizgerät präsentieren. Mit seiner hohen Stromkennzahl und der geringen Wärmeerzeugung ist er geradezu prädestiniert für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern und findet nicht nur im Neubau, sondern auch im Bestand Verwendung.

IKZ-HAUSTECHNIK: Kraft-Wärme-Kopplung ist klassisch gesehen ja stromgeführt, das gilt auch für Blockheizkraftwerke. Für welche Wohnhaus-Anwendungsfälle empfehlen Sie ein System, das strombasiert arbeitet und für welche ein wärmebasiertes und warum, wann wird’s seriös – insbesondere auch vor dem Hintergrund, dass im Sommer kaum Wärme benötigt wird?

Hagen Fuhl: Bei der stromgeführten Fahrweise, muss die Wärme genutzt und bei der wärmegeführten Fahrweise sollte der Strom im Gebäude genutzt werden. Entscheidend ist daher der Energiebedarf – Strom und Wärme – eines Gebäudes bei der Auslegung der Größe einer KWK-Anlage. Durch Einsatz eines Pufferspeichers – den wir übrigens für alle unsere Dachs-Produkte in unterschiedlichen Größen anbieten – wird eine Entkopplung zwischen Wärme- und Strombedarf vorgenommen, sodass eine stromgeführte Fahrweise möglich ist. D. h. wenn nur Strom benötigt wird und keine Wärme, dann produziert der Dachs den Strom fürs Gebäude und die dabei anfallende Wärme wird im Pufferspeicher für spätere Verwendung, z. B. Heizung oder Warmwasseraufbereitung, gespeichert. Aufgrund ihrer Modulationsfähigkeit passen sich der 5.5 und 20.0 dabei an den Strombedarf im Gebäude an.

Bei einer wärmegeführten Fahrweise kann der Überschuss-Strom, der momentan im Gebäude nicht verbraucht wird, statt ins Netz auch zum Laden eines Stromspeichers verwendet und damit später im Gebäude wieder genutzt werden. Damit lässt sich der Autarkiegrad deutlich erhöhen. Auch hier bieten wir unterschiedliche Batteriegrößen an. Selbst im Sommer, wenn nur noch Warmwasser anfällt, ist der Betrieb eines Brennstoffzellenheizgerätes aufgrund der geringen Wärmeerzeugung möglich.

IKZ-HAUSTECHNIK: BHKW sind ja technisch gesehen als Dauerläufer angelegt. Das impliziert aber auch, dass regelmäßig gewartet werden muss und das ist mitunter teuer. Wie sieht die Situation bei den Mini-BHKW aus, wird der Hausherr hier nach zehn Jahren böse überrascht, was muss er an Service-, Wartungs- und ggf. Reparaturkosten einplanen?

Hagen Fuhl: Die Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung ändert sich weg vom Dauerläufer hin zur Partnerin der Erneuerbaren Energien. Das bedeutet auch für die Mini-BHKW eine Verkürzung der jährlichen Betriebsstunden, was hinsichtlich der Förderungen im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2020 (KWKG 2020) auch berücksichtigt wurde, damit daraus kein Nachteil für den Betreiber entsteht. Mit Verringerung der jährlichen Betriebsstunden reduzieren sich auch die jährlichen Service- und Wartungskosten und die Lebenszeit des Dachses erhöht sich. Für den Hausherrn ein echter Zugewinn. Ca. 13 ct pro Betriebsstunde sind für die Regelwartung beispielsweise für einen Dachs 5.5 einzuplanen. Jeder Kunde hat jedoch die Möglichkeit sich z. B. beim Dachs 5.5 mit einem Vollwartungsvertrag – etwa. 26 ct pro Betriebsstunde –, der neben Service und Wartung auch die Instandhaltung beinhaltet, gegen unvorhergesehene Ausgaben abzusichern.

IKZ-HAUSTECHNIK: Wenn ich für die Vollwartung 26 ct pro Betriebsstunde ansetze, dann schmälert das meine Rentabilität doch sehr.

Hagen Fuhl: Bei z. B. 3000 Betriebs stunden/a entspricht das gerade mal 780 Euro im Jahr. Dafür bekommt der Kunde die Sicherheit, dass damit nicht nur die Wartungskosten abgedeckt sind, sondern auch bei Ausfall des Dachs dieser wieder kostenlos in Stand gesetzt wird. Die meisten unserer Kunden vertrauen auf die langjährige Qualität des Dachs und schließen daher nur einen Regelwartungsvertrag ab, der in unserem Beispiel dann nur bei etwa 390 Euro/a liegen würde. Damit ist er mit erneuerbaren Wärmeerzeugern wie etwa einem Biomassekessel vergleichbar.

IKZ-HAUSTECHNIK: In welchen Fällen lohnt sich also ein Mini-BHKW, welche Umstände sollten gegeben sein und wann hat es sich, inklusive Wartungs- und Betriebskosten, amortisiert?

Hagen Fuhl: Für den Hausbesitzer bedeutet dies i. d. R., dass die Mehrausgaben durch die Einsparungen innerhalb der Lebensdauer des Produktes mehr als wettgemacht werden. Dies schließt natürlich auch die Wartungs- und Betriebskosten mit ein. Mit Einsatz eines Brennstoffzellenheizgerätes im Ein- bis Zweifamilienhaus ist dies bereits möglich. Im Gewerbebereich liegen wir, was die Anforderungen an die Amortisationszeit betrifft, i. d. R. sogar unter 10 Jahren. Teilweise auch unter 6 Jahren. Damit dies eintritt, muss teure fremdbezogene Energie durch eigenerzeugte, kostengünstigere Energie ersetzt werden. D. h. z. B. je größer die Kostendifferenz zwischen eigenerzeugtem Strom und Netzstrombezug ist oder/und je mehr Fremdstrombezug aufgrund der kostengünstigeren Eigenerzeugung vermieden wird, umso kürzer ist die Amortisationszeit.

IKZ-HAUSTECHNIK: Ein Blick in die nahe Zukunft. Was sind die angedachten Lösungen für den Dachs, wenn die Preise für fossile Brennstoffe immer weiter steigen und die Politik außerdem plant, ab 2025 einen 65-Prozent-Anteil Erneuerbare beim Neueinbau von Heizsystemen vorzuschreiben?

Hagen Fuhl: Schon heute kommen sogenannte Hybridlösungen, bestehend aus Dachs und Biomassekessel oder Dachs und Wärmepumpe zum Einsatz, bei denen ein Großteil der Wärme erneuerbar erzeugt wird. Diese werden in den Einzelmaßnahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG EM) auch gefördert. Zukünftig kann der erneuerbare Anteil, solange Wasserstoff noch nicht in ausreichenden Mengen vorhanden ist, auch durch Einsatz von biogenen Gasen wie z. B. Biomethan oder biogenem Flüssiggas in der KWK noch gesteigert werden. Die Ablösung von Erdgas und Biomethan wird dann der Wasserstoff sein. Durch das intelligente Zusammenspiel aus KWK mit erneuerbarem Wärmeerzeuger und PV, wie sie unter der Bezeichnung „ikWk“ schon geläufig ist, können die Vorteile der verschiedenen Energieerzeuger besser genutzt werden, ohne dabei die Nachteile wie bisher in Kauf nehmen zu müssen.

IKZ-HAUSTECHNIK: Was heißt das genau?

Hagen Fuhl: Beispiel 1: Dachs und Wärmepumpe. Die Wärmepumpe übernimmt die Fußbodenheizung und der Dachs übernimmt aufgrund des höheren Temperaturniveaus die Warmwasseraufbereitung und Flächenheizkörper. Somit bleibt der hohe COP-Wert der Wärmepumpe erhalten und der Dachs kann im Winter zusätzlich bei einer Stromlücke die Wärmepumpe ausreichend und sicher mit Strom versorgen. Also eine Win-win-Situation. Beispiel 2: Dachs und PV. Solange die Sonne scheint, kommt die Energie von der PV vom Dach. Nachts und in den Wintermonaten kommt die Energie vom Dachs aus dem Keller. Damit lassen sich kostengünstige und sehr effiziente Mieterstrommodelle bewerkstelligen, die nicht nur dem Vermieter, sondern vor allem dem Mieter zugutekommen. Stichwort: Energiekosten- und CO₂-Einsparung. Damit kann auch der Mieter an der Energiewende partizipieren.

IKZ-HAUSTECHNIK: PV und Dachs dann in Kombination mit einem Heizstab?

Hagen Fuhl: Natürlich macht es Sinn, bei Überschuss an erneuerbarem Strom diesen auch über einen Heizstab in Wärme umzuwandeln, damit nicht unbedingt zur Wärmeerzeugung der Dachs laufen muss.

IKZ-HAUSTECHNIK: Sie sprachen das Thema Mieterstrommodelle an. Meines Wissens sind die Hürden immer noch sehr hoch, es lohnt sich vielfach nicht, weil externe Dienstleister erforderlich sind, die wiederum bezahlt werden wollen.

Hagen Fuhl: Die Hürden in Bezug auf Mieterstrommodelle sind auch der neuen Bundesregierung sehr wohl bekannt, deshalb will sie diese auch abbauen. Im Koalitionspapier heißt es dazu: „Wir werden im Rahmen der Novellierung des Steuer-, Abgaben-und Umlagensystems die Förderung von Mieterstrom-und Quartierskonzepten vereinfachen und stärken.“

IKZ-HAUSTECHNIK: Wenn man Mini-BHKW-Hybridlösungen realisieren will, muss man dann nicht auch die Wirtschaftlichkeitsfrage neu betrachten? Wie stellt sich die Kalkulation in punkto Amortisation dar, wenn ich einen Dachs z. B. mit einer PV-Anlage in einem Gesamtpaket, wie von Ihnen beschrieben, kombinieren will? Außerdem benötige ich ja noch einen Stromspeicher. Wie im Fall der Kombination mit einer Wärmepumpe?

Hagen Fuhl: In der Vergangenheit haben wir die einzelnen Systeme oftmals für sich allein betrachtet. Jedoch in Bezug auf die angestrebte Klimaneutralität im Gebäudebereich erfordert dies ganzheitliche Lösungen. Früher waren die Wohnungsinhaber reine Verbraucher was Wärme und Strom betraf, nun entwickeln sie sich mehr und mehr zu Prosumern, die neben der Wärme auch ihren eigenen Strom erzeugen und damit ein stückweit auch immer unabhängiger vom Energieversorger werden wollen. Die Elektrifizierung des Verkehrs erfordert zudem ein Umdenken – vor allem auch im Gebäudebereich. Das „Tanken“ zu Hause an der eigenen E-Ladestation wird gefördert, um den Umstieg auf die E-Mobilität zu erleichtern, erhöht jedoch den Strombedarf vor Ort enorm. Das Dreieck STROM – WÄRME – VERKEHR muss in Zukunft versorgungssicher, umweltfreundlich und bezahlbar für den Gebäudeinhaber, wie auch für den Mieter, ermöglicht werden. Eine einzelne Erzeugungsstruktur kann dies nicht mehr leisten. Dies hat auch der Gesetzgeber erkannt und fördert Hybridlösungen. Eine Kombination aus Dachs und erneuerbarem Wärmeerzeuger, wie z. B. eine Wärmepumpe, wird in der BEG EM mit bis zu 40 %, bezogen auf die förderfähigen Kosten, gefördert. Sicherlich erhöhen sich die Gesamtkosten eines hybriden Systems gegenüber einem Einzelsystem, jedoch können deutlich höhere Einsparungen erzielt werden, da nicht nur der Wärme- und Strombedarf im Gebäude Kosten verursachen, sondern auch das Laden des E-Autos.

IKZ-HAUSTECHNIK: Sie sprachen anfangs bereits an, dass SenerTec bei seinen Mini-BHKW auch das Thema Wasserstoff aufgegriffen bzw. impliziert hat. Wie sieht die Lösung konkret aus?

Hagen Fuhl: Alle Dachse der Generation 2 sind bereits für den Betrieb mit bis zu 20 Vol.-% Wasserstoff ausgelegt. Auch bei der neuesten Generation von Brennstoffzellenheizgeräten ist ein Betrieb mit bis zu 20 Vol.-% Wasserstoffanteil am Erdgasgemisch möglich. Das ist jedoch nicht das Ende der Fahnenstange, denn SenerTec entwickelt im Forschungsvorhaben „Dachs Hydrogen“ zusammen mit Kooperationspartnern eine mit variablen Wasserstoff-Erdgas-Mischungen zu betreibende, leistungsvariable KWK, deren Wasserstoffgehalt im Erdgas zwischen 0 – 100 % schwanken kann, wobei ein sicherer Dauerbetrieb unter Einhaltung der zulässigen Emissionsgrenzwerte zu gewährleisten ist. Da wir davon ausgehen, dass in den Anfängen der Wasserstoffgehalt in den Erdgasnetzen nicht gleichbleibend sein wird, ist hier Flexibilität gefragt.

IKZ-HAUSTECHNIK: Unsere Schluss-Frage. Warum wird der Dachs als Mini-BHKW unter sich weiter verändernden Rahmenbedingungen weiter eine Zukunft haben bzw. eine attraktive Heizalternative sein?

Hagen Fuhl: Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien steigen wir gleichzeitig aus Atomenergie und Kohleverstromung aus, was zu einer Minderung der versorgungssicheren Leistung führt. Die Kraft-Wärme-Kopplung, wie der Dachs, kann diese Versorgungslücke schließen. Der Dachs sieht sich daher als Partner der Erneuerbaren Energien, um, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint, versorgungssicher die Gebäude mit Strom und Wärme zu versorgen und damit die Erneuerbaren Energien zu unterstützen. Der Schwerpunkt sollte nicht allein auf dem Ausbau der Erneuerbaren Energien liegen, sondern die Versorgungssicherheit und der notwendige Netzausbau müssen dabei zwingend bedacht werden. Hier kann der Dachs mithelfen, die drohende Versorgungslücke zu schließen und zur Reduktion der Netzausbaukosten beisteuern. Dies sollte unbedingt beim Heizungstausch ab 2025, wenn ein 65-%-Anteil an Erneuerbarer Energie eingefordert wird, berücksichtigt werden.

Die Fragen stellte Dittmar Koop, Journalist für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz

Definitionsfrage

Es ist verbreitet, die Klein-BHKW über die elektrische Leistung in zwei Größenklassen einzuteilen: Mikro und Mini. Das KWKG 2020 ordnet Anlagen mit bis zu 2 kW_el in die Mikro-BHKW-Klasse ein. Der Leistungsklasse Mini werden laut KWKG Anlagen bis 50 kW_el zugeordnet. Der bestimmende Faktor für die elektrische Leistung der Anlage ist der Wärmebedarf des Gebäudes. Die Stromproduktion kann zeitlich begrenzt von der Wärmenachfrage entkoppelt werden über Wärmespeicher.

Mögliche Zuschläge nach dem KWKG

Ende 2020 lief das BAFA-Förderprogramm für Mini-KWK aus, über das man auf Antrag einen Zuschuss für Anlagen bis 20 kW_el erhielt. Grundlage ist/bleibt also heute das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2020 (KWKG 2020). B.KWK-Präsident Claus-Heinrich Stahl fasst die dort beschriebenen Regelungen zusammen: „Der Betreiber einer Mini-KWK-Anlage hat die Möglichkeit der Eigenstromnutzung mit Überschusseinspeisung. Für die Gesamtmenge an Strom, die er selbst verbraucht hat, erhält er vom Netzbetreiber die am Inbetriebnahme-Zeitpunkt geltenden Zuschläge nach KWKG. Für den in das Netz der öffentlichen Versorgung eingespeisten Strom erhält der Betreiber nach KWKG den doppelten Satz des KWK-Zuschlages wie für Eigenverbrauch. Aktuell erhält der Betreiber/Investor nach KWKG 2020 einen Zuschlag von 8 ct/kWh für Eigenverbrauch und 16 ct/kWh bei Einspeisung für eine Gesamtbetriebszeit von 30 000 Vollbenutzungsstunden (VBh). Die jährlich geförderten Vollbenutzungsstunden sind im KWKG begrenzt, abschmelzend von 5 000 VBh in 2021/2022 auf 4 000 VBh in 2023/2024 und 3 500 VBh ab 2025. Bis 12/2022 installierte Anlagen erhalten vom Netzbetreiber noch ein vermiedenes Netzentgelt, das abhängig ist vom Netzbetreiber und nicht einzeln spezifizierbar. Zusätzlich erhält der Betreiber für die eingesetzte Energie einen Anteil der Energiesteuer vom Zollamt auf Antrag zurück.“