Eigenes Kraftwerk im Keller

Wärme-Kraft-Kopplung gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende, weil sie Strom auf Bedarf produziert. Der Einspeisetarif für den Strom aus dem Blockheizkraftwerk ist aber noch zu tief. Um den Strom zu verwerten braucht es deshalb andere Lösungen, wie das Beispiel eines Einfamilienhauses in der Westschweiz zeigt.

Energie-Fachmann Heinz Eichenberger von CoGen Sàrl vor dem Blockheizkraftwerk im Keller des Einfamilienhauses in La Chaux-de-Fonds.

Noch zählen durchschnittliche Einfamilienhaus-Besitzer nicht zur Kundschaft von Heinz Eichenberger von der Firma CoGen Sàrl. «Gelingt es mir nicht innert kurzer Zeit, einem Interessenten die Vorteile eines Blockheizkraftwerks aufzuzeigen, klemme ich schnell ab», sagt er. Wer nicht bereit ist, sich ein bisschen intensiver mit dem Thema Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) auseinanderzusetzen, springt nämlich immer noch kaum auf den Zug auf. Er weiss, wovon er spricht. Er hat in den letzten 40 Jahren über 270 Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW) in der ganzen Schweiz installiert. Dem einen ist es zu teuer, andere finden, dass Erdgas nicht mehr in die heutige Zeit passt. Beides ist in seinen Augen nicht zu Ende gedacht. Denn Experten wie er sehen gerade in der WKK eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zum in der Energiestrategie des Bundes angestrebten Ziel von Netto-Null-Emissionen von Treibhausgasen im Jahr 2050. Die WKK bietet etwas, was man sonst eigentlich nicht bekommt: Das Weggli und den Fünfer. Konkret: Mit dem Gas wird nicht nur Wärme, sondern eben auch Strom produziert. Der Wirkungsgrad beträgt über 95 Prozent. Und dank einem Trick sind kleine BHKW trotz tiefen Stromabnahmepreisen schon heute im privaten Bereich wirtschaftlich.

BHKW anstatt Ölheizung

Bei Massimiliano Capezzali musste Eichenberger nicht lange Überzeugungsarbeit leisten. Er ist Professor am Institut d’Energie et Systèmes electriques (IESE) an der Fachhochschule Westschweiz (HES-SO) in Yverdon-les-Bains. Er erklärt seinen Studierenden dort komplexe Energiesysteme. Die junge Generation soll schliesslich die Energiestrategie des Bundes in den nächsten Jahrzehnten erfolgreich umsetzen. Im Einfamilienhaus der Capezzalis in La Chaux-de-Fonds war die Ölheizung in die Jahre gekommen. Eine Erdsonde als Ersatz war aus geologischen Gründen nicht möglich. Er liess sich eine Holz-Pellets-Heizung offerieren, Platz dafür wäre reichlich vorhanden gewesen. Diese war etwa gleich teuer wie das Mini-BHKW, welches ihm Heinz Eichenberger vorschlug. Sogar ein reiner Gaskessel wäre gemäss Gesetz noch möglich gewesen. «Das wäre finanziell das Günstigste gewesen», sagt er. Doch das passte definitiv nicht zur Philosophie des Energie-Professors. Denn für ihn ist klar, dass reine fossile Heizungen aus der Schweizer Energielandschaft verschwinden werden. Doch diese vor allem durch Luft-Wasser-Wärmepumpen zu ersetzen, ist für ihn nicht die ideale Lösung. «Wir werden deshalb künftig viel mehr Strom in der Schweiz brauchen, und das wird vor allem im Winter zum Problem», erklärt Capezzali. Photovoltaik könne diese Lücke alleine sicher nicht schliessen. Hier passt die WKK-Anlage mit ihrer dezentralen Stromproduktion vor Ort. Deshalb stehen nun bei ihm im Keller seit letztem Jahr anstatt Ölbrenner und zwei Tanks das BHKW «neoTower» des deutschen Herstellers RMB Energie und ein 750 Liter Speicher für Heizung und Warmwasser. Die Anlage in La Chaux-de-Fonds kostete rund 30’000 Franken.

Über das Portal des Herstellers kann die Anlage in Echtzeit überwacht werden.

WKK mache auch deshalb Sinn, weil damit das bestehende Schweizer Erdgasnetz genutzt und die Infrastruktur für künftige Generationen erhalten bleibe, findet er. In einigen Jahren könnte es zur Verteilung von erneuerbarem synthetischem Gas – produziert aus überschüssigem Solarstrom –, oder Biogas genutzt werden. Für ihn entsteht zudem ein netter Nebeneffekt des BHKW im eigenen Keller: «Er kann sich nun während der Vorlesung mit dem Mobiltelefon in die Steuerung einklinken, und die Technologie mit den Studierenden praxisnah diskutieren. «Wenn meine Studierenden sehen, dass am Schluss Abgas mit 40 Grad Temperatur weggeht, dann begreifen die, dass exergetisch alles gemacht wurde, was möglich ist.»

Hoher Eigenverbrauch

Das Blockheizkraftwerk wird von einem Drei-Zylinder-Motor angetrieben.

Für die private WKK-Anlage in La Chaux-de-Fonds musste zuerst eine Gasleitung ins Haus gezogen werden. Der Aufwand war vertretbar, weil die Hauptleitung nur ein paar Meter entfernt war. Für die Kosten musste Capezzali aufkommen. Allerdings sei das örtliche Energieversorgungsunternehmen (EVU) Viteos sehr zuvorkommend gewesen, weil dieses mit solchen zusätzlichen Anschlüssen nicht zuletzt auch seine Gasleitung aufwerten könne. «Immer mehr EVU begreifen, dass sich für sie mit der WKK neue Möglichkeiten für die Zukunft eröffnen», erklärt Heinz Eichenberger. Noch bieten diese allerdings kein ideales Umfeld, weil die Tarife für den von der WKK-Anlage ins Netz zurückgelieferte überschüssigen Strom viel zu tief sind. Bei den Capezzalis bezahlt das EVU 7,5 Rappen pro Kilowattstunde Strom. Bei einem Einkaufspreis von rund 9.7 Rappen für das Gas lohnt sich das logischerweise nicht. Bei diesen Preisen gibt es nur einen Ausweg zu mehr Rentabilität: ein möglichst hoher Strom-Eigenverbrauch. Im Einfamilienhaus in La Chaux-de-Fonds heisst das: Waschmaschine oder Geschirrspüler sowie andere «Stromfresser» sind nach Möglichkeit dann in Betrieb, wenn das BHKW läuft und Strom produziert. Doch was passiert im viel häufigeren Fall, wenn die Heizung in Betrieb ist, sonst aber gerade keine eigene «Abnehmer» von Strom im Haus vorhanden sind? Die Rückliefertarife ins Stromnetz sind wie gesagt tief und deshalb wirtschaftlich uninteressant. Eine Lösung zur Steigerung des Eigenverbrauchs ist deshalb gesucht, beispielweise mit Hilfe von Heizstäben. 

Dank Heizstab bleibt Strom im Haus

Überschüssiger Strom vom BHKW wird über Heizstäbe zur Warmwasserspeicherung verwendet. Dadurch lässt sich der Eigenstromverbrauchsanteil maximieren.

WKK-Fachmann Heinz Eichenberger ist zufrieden mit der Anlage in La Chaux-de-Fonds. Sie scheint richtig ausgelegt und geplant zu sein. Er blickt über sein Mobiltelefon auf die Statistiken: «Fast hundert Prozent des produzierten Stroms wurden bisher vor Ort selbst verbraucht.» Möglich machen dies zwei Heizstäbe, die am Speicher angebracht sind. Springt der 3-Zylinder-Motor des BHKW zur Wärmeproduktion an, wird der überschüssige Strom zuerst über den oberen Heizstab zur zusätzlichen Erhitzung des Wassers im Speicher verwertet, der so zum Speicher für den überschüssigen Strom wird. Die im oberen Bereich des Speichers integrierte Sanitärblase stellt sehr schnell heisses Wasser für den Haushalt zur Verfügung. Cappezali zwinkert mit den Augen: «Meine vielduschenden Töchter im Teenager-Alter sind deshalb begeistert von der neuen Anlage». Ist es im Speicher oben 75 Grad heiss, fliesst der Strom aus der WKK in den unteren Heizstab. Die Technologie wirkt sich gleich mehrfach positiv aus: Bei einer Rückeinspeisung des Stroms ins Netz würde das BHKW in La Chaux-de-Fonds etwa 2700 Stunden pro Jahr laufen. «Dank der Wärmeproduktion aus dem Strom sind es nun deutlich weniger als 2000 Betriebsstunden», erklärt Eichenberger. Damit spart die Familie Capezzali Gas- und Unterhaltskosten ein. Die WKK lässt sich so schneller amortisieren.

Gasanschluss ist nicht zwingend

In der Industrie ist die WKK weiterverbreitet als im privaten Wohnbereich. Dort bewegt sie sich immer noch in einer Nische. Obwohl die Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn) WKK als Heizungsersatz ausdrücklich erlauben. Anbieter von Heizungslösungen beschreiten hier lieber den einfacheren, weil vertrauteren Weg: Öl- oder Gasheizungen werden heute vornehmlich durch Wärmepumpen ersetzt. Wenn Heinz Eichenberger eine neue Anlage verkauft, hat er es in der Regel mit Monteuren zu tun, die erstmals eine solche installieren. «Um es ihnen möglichst einfach zu machen, wird vieles vorgefertigt angeliefert», erklärt er. Beispielsweise der Steuerungskasten mit den Kabeln, bei denen nur noch die Länge angepasst werden muss. Das BHKW muss eigentlich nur noch mit dem Gasanschluss verbunden werden. Eine grössere Herausforderung sei es manchmal, das über 400 kg schwere Gerät überhaupt erst in den Keller zu bringen. WKK bieten sich als Ersatz für bisherige reine Gasheizungen an. Eichenberger sieht bei Anlagen mit elektrischen Leistungen von 20 kW abwärts das grösste Potenzial. Ein Anschluss an ein Gasnetz ist nicht zwingend. Fehlt dieser, hilft ein – in der Regel im Boden versenkter – Propan-Flüssiggas-Tank aus. «Dieser muss gar nicht gross sein», sagt Eichenberger. So kommen die Mini-BHKW auch beim Ersatz von Ölheizungen ins Spiel.

Lärm ist kein Problem

Wer schon einmal ein grosses BHKW beispielsweise in einer Biogasanlage im Betrieb gesehen hat, dürfte spontan Bedenken bezüglich Lärmbelastung haben. Gerade im eigenen Keller will man ja eigentlich keine derartige Geräuschemissionen haben. Doch Massimiliano Capezzali winkt ab: «Das BHKW läuft leiser als vorher die Ölheizung». Dank klugen Konstruktionen für die Ableitung des Abgases in Kunststoffrohren mit Schalldämpfern entstehe kaum Körperschall von der Maschine, erklärt Eichenberger. Und der Luftschall lasse sich mit einer gut abgedichteten Türe vermeiden. Neben dem tieferen Geräuschpegel schätzt Capezzali, dass er sich dank dem Gasanschluss nun nicht mehr um den Vorrat kümmern müsse, wie vorher beim Heizöl. Er lacht: «Die Winter in La Chaux-de-Fonds können sehr kalt und die Tanks schnell leer sein.» Ebenso wenig vermisse er den störenden Ölgeruch.

Mini-BHKW im künftigen Stromnetz

Die BHKW, die Heinz Eichenberger heute verkauft, sind mit ausreichend Software ausgerüstet und lassen sich problemlos in Smart-Grids einfügen. Das beginnt im Haus selbst, wo es den Strombedarf und den Spitzenbedarf erkennt. Allerdings startet es nicht gleich, wenn Frau Capezzali am Morgen die elektrische Zahnbürste startet. «Es wäre zu ineffizient, wenn der Motor bei jedem kleinen Stromverbrauch starten würde», erklärt er. Die Anlage ordnet den Bedarf deshalb intelligent ein und startet erst nach drei Minuten Strombezug. Das Haus bezieht deshalb immer noch geringe Strommengen aus dem örtlichen Netz. Der auf Energiesysteme spezialisierte Fachhochschul-Professor Capezzali denkt allerdings sowieso über seinen Keller hinaus. «Ich bin überzeugt, dass die WKK in ein paar Jahren ein fester Bauteil im Schweizer Stromnetz bilden wird.» Dass der Überschussstrom zur Warmwasserproduktion vor Ort verwendet wird, ist für ihn nicht die Zukunft und nur den tiefen Stromabnahmepreisen der EVU geschuldet. So wird der eigentliche Vorteil der WKK nämlich nicht genutzt: Die bedarfsgerechte Stromproduktion. Dann beispielsweise, wenn die Solar- und Windanlagen gerade keinen Strom liefern oder wenn es im Winter an Strom fehlt. Viele kleine dezentrale WKK-Anlagen könnten so zur Absicherung des künftigen Energiesystems werden, das abgesehen davon auch noch das Stromnetz entlastet. Die Zitrone würde sich sogar noch weiter auspressen lassen: wird der WKK-Strom beispielsweise für die Wärmepumpe des Nachbars verwendet, wird die Wärmeproduktion noch einmal effizienter.

Das BHKW ist auf Stromeigenverbrauch optimiert: Die Datenanalyse des sehr kalten 12. Februars zeigt, wann das BHKW in Betrieb ist (dunkle Fläche) und der produzierte Strom genau dann über die Heizstäbe in den Speicher fliesst. So muss nur sehr wenig Strom vom Netz bezogen werden.

Zurzeit ist auch die Anlage bei der Familie Capezzali allerdings immer noch auf fossile Energieträger angewiesen. Capezzali kann sich aber vorstellen, dass dereinst einmal genug Biogas oder erneuerbares synthetisches Gas vorhanden sein wird, um BHKW vollständig CO2-neutral betreiben zu können. Aktuell beträgt der Anteil von Biogas bei ihm erst zehn Prozent. Dank dem geplanten Bau einer grossen Biogasanlage in der Region hofft er, dass er bald auf 30 Prozent kommen wird. Doch der Professor denkt schon weiter in die Zukunft: «Vielleicht läuft die nächste Generation ja bereits mit Wasserstoff.»

Mit Batterie autark

Heinz Eichenberger baute bei sich zuhause schon vor 25 Jahren ein BHKW ein. Er erlebte am eigenen Leib, wie die Rückeinspeisetarife für den Strom Jahr für Jahr sanken. Das nervte ihn nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen gewaltig. Deshalb hat er seinen Eigenverbrauch kontinuierlich erhöht bis zur eigentlichen Autarkie. Zuerst mit den Heizstäben im Speicher und für die letzten Prozente nun mit einer Strombatterie. Seit neustem fährt er zudem ein Plug-in-Hybrid-Auto, das er im Winter ebenfalls mit Strom aus der WKK lädt. Im Sommer ladet er dieses und die Haus-Batterie mit dem Strom aus der Photovoltaikanlage. Den Solarstrom nutzt er zudem für die Warmwassererwärmung. Rentabel ist das alles zurzeit unter anderem wegen den hohen Batteriepreisen zwar noch nicht. Doch Eichenberger denkt eben schon weiter: «Das System funktioniert nun als unabhängige Notstromversorgung». Denn: Erdgas fliesst auch, wenn es keinen Strom gibt. Stromausfälle kommen heute nämlich schon öfter vor als man denkt. Und das Bundesamt für Bevölkerungsschutz bezeichnet in seiner aktuellen Risikoanalyse eine Strommangel-Lage im Winter als Nummer-Eins-Top-Risiko – noch vor dem Auftreten einer Pandemie.

www.rmbenergie.de (BHKW-Anbieter)

Der Artikel ist in der Fachzeitschrift HK Gebäudetechnik erschienen.

Technische Daten Blockheizkraftwerk in La Chaux-de-Fonds

  • Typ BHKW: RMB neoTower Living 4.0
  • Leistung: 4,0 kWel / 8,8 kWth
  • Wirkungsgrad (bezogen auf unteren Heizwert): 30,5 % elektrisch / 69.8 % thermisch (total 100,3 %)
  • Vorlauftemperatur: 75 Grad
  • Rücklauftemperatur: 25-65 Grad
  • Brennstoff: Erdgas (10% Anteil Biogas)
  • Abmessungen Modul (LxBxH) mm: 1075 x 620 x 1096
  • Gewicht Modul: ca. 410 kg
  • Pufferspeicher: 750 Liter
  • Stromproduktion pro Jahr: 10’909 kWh
  • Wärmeproduktion pro Jahr: 24’000 kWh

Potenzial von WKK in der Schweiz

Von den 2019 in der Schweiz installierten 340’000 Gasheizanlagen nutzten 387 gemäss Erhebung des Verbandes Schweizerischer Gasindustrie (VSG) die Wärme-Kraft-Kopplung. In den letzten Jahren kamen jährlich rund 7000 Gasheizungen im Bereich von 50 bis 100 KW dazu. Damit besteht alleine bei Mehrfamilienhäusern, Immobilien und Überbauungen

ein Potenzial von mehreren Tausend Blockheizkraftwerken mit einer laut Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) möglichen elektrischen Leistung von jährlich 280 MW. Diese würde hauptsächlich im Winter produziert, wenn der Strom in der Schweiz knappt ist. Als Vergleich: Das Kernkraftwerk Beznau hat eine elektrische Nennleistung von 365 MW.

(Quelle: bulletin.ch)  

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