Vergleichende Untersuchung von Mini-BHKW

Das die Kraft-Wärme-Kopplung einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung und damit sowohl zur Ressourcenschonung als auch zur Verringerung der CO₂-Emissionen leistet, ist mittlerweile unstrittig. Dabei kommt den kleinsten Geräten dieser Art, den sogenannten Mini-BHKW’s mit einer elektrischen Leistung unter 15 kW, eine besondere Bedeutung zu, da diese ohne den Aufbau eines Nahwärmenetzes auskommen und damit in einfacher Weise auch nachträglich zu installieren sind. Zusammen mit der großen Zahl der möglichen Gebäude, die mit Mini-BHKW’s versorgt werden könnten, ergibt sich ein enormes Energieeinsparpotenzial, das zudem quasi sofort abrufbar wäre, da die entsprechenden Geräte zur Verfügung stehen und am Markt erhältlich sind.

Zur Darstellung und Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Mini-BHKW’s ist an der Hochschule Reutlingen ein vom BMBF gefördertes Forschungsprojekt (FKZ: 1708303, Laufzeit: 1.11.2003 – 31.5.2005) durchgeführt worden, in dem diese Geräte auf einem eigens zu diesem Zweck errichteten Prüfstand experimentell untersucht wurden. Dabei waren die in Deutschland bekanntesten und am meisten verkauften Mini-BHKW’s auf dem Prüfstand. Im einzelnen sind die Geräte „Dachs“ der Firma SenerTec [1], SOLO Stirling [2], „ecopower“ der Firma PowerPlus Technologies [3] sowie ein für den Einsatz von Biogas konzipiertes Stirling-Aggregat der Dänisch Technischen Universität (DTU) [4] vermessen worden. Damit waren je zwei Ottomotor und Stirlingmotor-BHKW’s auf dem Prüfstand.

Die Geräte sind unter verschiedensten heizungstechnischen Randbedingungen betrieben und auf Ihre Leistungsfähigkeit hin untersucht worden. Wenn möglich wurden Teillastuntersuchungen vorgenommen, und neben den stationären Versuchen wurden auch instationäre Messungen durchgeführt, um das An- und Abfahrverhalten der Anlagen zu erforschen. Ziel der Messungen war die Bestimmung der Leistungsdaten wie elektrische Leistung und Heizleistung sowie der benötigte Brenngasenergiestrom. Aus diesen Werten sind der elektrische und der Gesamtwirkungsgrad berechnet worden. Darüber hinaus erfolgte die messtechnische Bestimmung der Schadgasemissionen wie CO, NO, NO₂ und unverbrannte Kohlenwasserstoffe C_xH_y.

Der Prüfstand wird derzeit mit Erdgas betrieben, und die elektrische Leistung wird in das Stromnetz der Hochschule eingespeist. Über zusätzlich installierte Frequenzumrichter, kann die Drehzahl der BHKW’s mit dem Ziel der Leistungsmodulation abgesenkt werden. Die Heizwärme kann entweder in das Heiznetz der Hochschule eingespeist, in einem Pufferbehälter gespeichert oder über in Plattenwärmetauscher an Kühlwasser übertragen werden.

Der Prüfstand ist zudem so konzipiert, dass alle Messaufnehmer die Genauigkeitsanforderungen für Zertifizierungsmessungen zum Umweltzeichen „Der Blaue Engel“ erfüllen. Auf diese Weise können an dem Prüfstand entsprechende Messungen vorgenommen und die Geräte nach der Richtlinie zur Vergabe des „Blauen Engel“ für erdgasbetriebene Mini-BHKW’s [5] getestet werden.

Während der Testphase, die sich für jedes Gerät auf etwa 150 – 300 Betriebsstunden erstreckte, wurden eine Vielzahl Daten und Erfahrungen gesammelt. Dabei ist offenkundig geworden, dass die bereits im Markt befindlichen Geräte „Dachs“, SOLO Stirling und „ecopower“ technisch ausgereift sind. Sie erfüllen die technischen Richtlinien von TÜV, DVGW und VDEW und besitzen die CE-Zertifizierung. Sie sind schwingungsgedämpft, schallgekapselt und auf eine hohe Lebensdauer ausgelegt. Damit steht dem Einsatz in Wohn- und Geschäftsgebäuden anstelle des herkömmlichen Heizkessels technisch nichts im Wege.

Vergleicht man die Geräte untereinander, so kann aufgrund der Versuchsergebnisse keine pauschale Abstufung vorgenommen werden, da die spezifischen Vor- und Nachteile in jeweils unterschiedlichen Bereichen liegen. Nimmt man die Vorgaben für die Erteilung des Umweltzeichens „Der Blaue Engel“ als Vergleichskriterium, so ist einzig das BHKW SOLO Stirling in der Lage, alle Forderungen zu erfüllen, und es ist dem entsprechend mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet worden.

Alle im Projekt erzielten Ergebnisse sind in ausführlicher Form in einem Buch veröffentlicht /6/.

Der Prüfstand steht derzeit für die Vermessung weiterer Mini-BHKW’s zur Verfügung; parallel dazu wird eine Forschungsprojekt zum Monitoring von Stirlingmotor-BHKW’s, die mit Bio-, Klär-, Gruben- und Deponiegas im Feld betrieben werden, durchgeführt.

Quellenangaben

/1/ Fa. SenerTec, Schweinfurt, www.senertec.de

/2/ Fa. SOLO Stirling, Sindelfingen, www.stirling-engine.de

/3/ Fa. PowerPlus Technologies, Gera, www.ecopower.de

/4/ Fa. Stirling.dk, Lygby, Dänemark, www.stirling.dk

/5/ RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.V., www.blauer-engel.de, Vergabegrundlage für Umweltzeichen “Klein-BHKW-Module für gasförmige Brennstoffe”, RAL-UZ 108, Ausgabe Juni 2004

/6/ Thomas, B.: „Mini-Blockheizkraftwerke – Grundlagen, Gerätetechnik, Betriebsdaten“, Vogel Buchverlag, Würzburg, 2007