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- Im TGA/SHK-Markt steigt die Nachfrage nach BHKW-Paketlösungen bis 50 kW<sub>el</sub>. Bei Gebäuden mit wohnungsähnlichem Nutzungsprofil kann eine Leistungsmodulation die Wirtschaftlichkeit erhöhen.
- Das BHKW „ecopower 20.0“ mit 20 kW<sub>el</sub> ist bisher das einzige in seiner Leistungsklasse, das über den gesamten Modulationsbereich nahezu unveränderte Wirkungsgrade aufweist.
- Künftig will Vaillant das ecopower 20.0 auch für den Netzersatzbetrieb und die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung anbieten.
Neue Betriebskonzepte und die technische Weiterentwicklung erschließen den Mini-KWK-Anlagen weitere Einsatzfelder – auch Gebäude, in denen höhere Leistungen realisierbar sind. TGA-Planer und SHK-Fachhandwerksunternehmen, die sich bereits KWK-Know-how erschlossen haben, gehören zu den Treibern. Besonders profitieren sie von einer Ausweitung des Leistungsspektrums modulierender KWK-Anlagen: Durch die Leistungsanpassung steigt der Spielraum bei der Betriebsweise, es ist eine höhere Stromproduktion für den Eigenbedarf im Vergleich zu konventionellen BHKW möglich und damit eine schnellere Amortisation gegeben Abb. 1.
Die Wirtschaftlichkeit eines BHKWs steigt zudem mit dem herstellerseitigen Vorfertigungs- und Vorkonfektionierungsgrad. Wenn man sich um Abgasanlage, Speicher- und Spitzenlastheiztechnik, Regelung, Schalldämmung und Kaskadenzubehör nicht individuell kümmern muss, vereinfachen sich Qualifikation, Akquisition, Planung, Beschaffung, Installation und Inbetriebnahme deutlich. Mit vollständig vorkonfektionierten BHKW bis rund 5 kWel ist der Markt bereits gut versorgt.
Durch eine Änderung der Gesetzeslage und neue kreative Lösungen ist nun auch die Nachfrage oberhalb von 10 kWel für Mehrfamilienhäuser, Gewerbebetriebe sowie öffentliche Gebäude deutlich gewachsen, berichtet Andreas Christmann, Leiter Produkt und Marketing bei Vaillant Deutschland. „Niemand möchte hier von der aktuellen Entwicklung und den sich bietenden Chancen abgekoppelt werden. Zudem treiben mittlerweile auch die Energieversorger die dezentrale Energieerzeugung voran, um so über virtuelle Kraftwerke einen Beitrag zur Netzstabilität zu leisten. Dabei ist eine Anlage mit 20 kWel lohnender als vier Anlagen mit jeweils 5 kWel, weil der Nutzen leistungsabhängig ist, der Steuerungsaufwand aber pro Anlage anfällt.“
Forderungen aus dem Markt
Neben Paketlösungen erwartet der TGA/SHK-Markt von den BHKW-Anbietern
- ein BHKW-Angebot, mit dem eine Leistung bis 50 kW<sub>el</sub> realisierbar ist (50 kW<sub>el</sub> ist nach dem KWK-Gesetz die Obergrenze von „kleinen KWK-Anlagen“, für die besondere Förderbedingungen gelten),
- eine Leistungsmodulation der BHKWs zur einfacheren Integration sowie zur Maximierung der Stromproduktion <b>Abb. 2</b> und der Eigenstromnutzung zur Verkürzung der Amortisationszeit und
- Angebote über die BHKW-Komponenten hinaus: Wirtschaftlichkeits-Check, Auslegungssoftware, Dienstleistungen rund um die Förderprogramme und die BHKW-Bürokratie, Inbetriebnahme und Wartung.
Marktorientierte Hersteller wollen genau diese Wünsche erfüllen. Beispielsweise hat Vaillant auf der SHK Essen im März 2012 als erstes Unternehmen ein modulierendes BHKW mit 20 kWel in sein bestehendes BHKW-Programm aufgenommen, als Doppelanlage sind 40 kWel realisierbar. Das BHKW kann die Drehzahl zwischen 100 und 25 % variieren und sich so an die Systembedingungen anpassen. In seiner Leistungsklasse nutzt das BHKW ecopower 20.0 Abb. 1 als einziges Gerät auf dem Markt eine echte Leistungsmodulation mit nahezu unveränderten Wirkungsgraden. Mit sehr konstantem Leistungsverhältnis von 1:2 deckt es einen Leistungsbereich von 7 bis 20 kWel und 12 bis 42 kWth ab. Die Stromkennzahl variiert im Modulationsbereich zwischen 0,42 und 0,48, der elektrische Wirkungsgrad zwischen 26 und 28 %, der thermische Wirkungsgrad zwischen 58 und 60 % und der Gesamtwirkungsgrad zwischen 84 und 91 %.
Leistungsanpassung
Durch die automatische Leistungsanpassung lässt sich gegenüber konventionellen BHKW auch die Zahl der Ein- und Ausschaltvorgänge erheblich verringern. Jeder Startvorgang wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer des Motors, die Emissionen und die Gesamteffizienz aus. Der aktuelle Leistungssollwert kann je nach objektspezifischen Gegebenheiten aus drei Führungsgrößen berechnet werden:
- Temperatur: Diese Führungsgröße wird besonders häufig verwendet, weil die Nutzung der Abwärme für den Betrieb (normalerweise gibt es keine Notkühler, sondern nur Pufferspeicher) und die Wirtschaftlichkeit erforderlich ist. Aus der Vor- und Rücklauftemperatur des Heizsystems bzw. dem Temperaturniveau des Pufferspeichers wird von der Steuerung der Leistungssollwert berechnet, um den aktuellen Wärmebedarf bis zur thermischen Leistungsgrenze des BHKW zu decken.
- Strom: Wenn der Strombezug aus dem Netz bis zur elektrischen Leistungsgrenze des BHKW vermieden werden soll, steht diese Führungsgröße im Mittelpunkt. Hierzu muss der Bezugszähler mit einem Impulsausgang versehen sein, der kWh-proportionale Impulse mit einer Dauer
- Externer Sollwert: Diese Führungsgröße wird gewählt, wenn ein externes Signal, z.B. von einem übergeordneten Energie-Managementsystem vorliegt.
Integration in Bestandsanlagen
Eine besonders wichtige Anforderung ergibt sich aus der BHKW-Integration in vorhandene Anlagen, was rund 90 % des BHKW-Marktpotenzials für die 20-kWel-Klasse ausmacht. Christmann: „Wird die bestehende Wärmeerzeugung belassen und weiterhin für die Spitzenlast genutzt, verringert das die Investitionskosten der Maßnahme und ermöglicht für die Investoren sehr kurze Amortisationszeiten – bei einer guten Auslegung und entsprechenden Einsatzbedingungen kann dies schon nach drei bis vier Jahren der Fall sein. Das überzeugt auch Banken als Geschäftspartner für Leasingkonzepte. Ermöglicht wird die einfache Integration in bestehende Heizungsanlagen durch getrennte Hydraulikkreisläufe und regelungstechnisch durch eine Kesselfreigabe über das BHKW.“
Bei einer BHKW-Integration in ein bestehendes Gebäudes sollte die Auslegung eher knapp erfolgen und absehbare energetische Sanierungen berücksichtigen Abb. 3. Auch hier haben modulierende BHKW den entscheidenden Vorteil, dass sie sich an eine kleinere Wärmesenke anpassen können ohne verschleißträchtig takten zu müssen. Für die Modernisierung der Energieversorgung gibt es eine weitere Anforderung – die Einbringung über Normtüren, was sich beim ecopower 20.0 mit einer Breite von 740 mm gut bewerkstelligen lässt Abb. 4.
Netzersatzbetrieb
Eine weitere Option für BHKW ist der Betrieb als Netzersatz. In Gebäuden, die nicht im Einzugsgebiet der üblichen Strom- und Wärmeversorgung liegen oder vor Stromausfällen geschützt werden sollen bzw. geschützt werden müssen, können leistungsmodulierende BHKW mit entsprechender Zusatzausrüstung künftig einen besseren Gesamtwirkungsgrad bieten. Dafür bietet das ecopower 20.0 auch hohe Flexibilität beim Brennstoff: Neben Erdgas können Flüssig-, Bio- und Klärgas eingesetzt werden.
Christmann: „Die bisher für die Stromerzeugung verwendeten Notstromaggregate nutzen lediglich 30 % der eingesetzten Energie, lassen die entstehende Abwärme oft vollständig ungenutzt und sind im Betrieb häufig laut, instabil und kurzlebig. Der Netzersatzbetrieb mit einem dafür geeigneten BHKW ist dagegen äußerst effizient, das ecopower 20.0 wird künftig diese Funktionalität bieten und damit TGA-Planern und SHK-Handwerkern neue Kundengruppen erschließen.“
Wartung
Bei jedem BHKW sind für die Wirtschaftlichkeit die kalkulierte Gesamtlaufzeit und die Wartungsrhythmen relevant, bei gut ausgelegten BHKW im gewerblichen Bereich können leicht 8000 h/a erreicht werden – bezogen auf ein Kraftfahrzeug entspräche diese Laufzeit bei einer mittleren Geschwindigkeit von 75 km/h einer Fahrleistung von 600000 km/a. Christmann: „Über das ‚optimale‘ Wartungsintervall gibt es sehr unterschiedliche Meinungen, die Gewährleistungsbedingungen der BHKW-Hersteller unterscheiden sich deutlich. Wir schreiben für unser ecopower 20.0 alle 2000 h Laufzeit eine Wartung vor, um eventuelle Probleme zu erkennen und abzustellen, bevor teure Instandsetzungsarbeiten erforderlich werden. Außerdem lässt sich so die Effizienz des BHKW konstant auf einem sehr hohen Niveau halten.“
Die größte Sicherheit bietet ein Vollwartungsvertrag mit zehnjähriger Funktions-Gewährleistung. Doch mit der technischen Wartung ist es noch nicht getan, der Betrieb eines BHKWs verursacht auch einiges an Bürokratie. Durch das Programm ecopower Service-Wunder sichert Vaillant ab, dass die Vergütungen und Vergünstigungen fristgerecht beantragt werden.
Ausblick
Künftig wird Vaillant mit seinem 20-kWel-BHKW auch die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung abdecken. Christmann: „Die ideale Voraussetzung dazu sind Vorlauftemperaturen von bis zu 95 °C und die Toleranz gegenüber hohen Rücklauftemperaturen von bis zu 85 °C. Derzeit testen wir in Dresden zusammen mit Partnern aus der Branche an einer Versuchsanlage die technischen Möglichkeiten.“ •
https://www.vaillant.de/heizung/
Mehr Infos zum Thema im TGAdossier Wärmepumpe: Webcode 716
Dipl.-Kfm. Martin Schellhorn
ist freier Fachjournalist und Inhaber der Fachpresseagentur Kommunikations-Management Schellhorn in Haltern am See und Herne. Telefon (0 23 64) 10 81 99, info@die-agentur.sh
