Die meisten BHKW-Anlagen in Deutschland arbeiten mit einem Otto- oder Dieselmotor (Motorheizkraftwerke). Diese Motoren sind als Auto- oder als Schiffsmotor bekannt und ihr Funktionsprinzip soll daher hier nicht vertiefend dargestellt werden. In einem Motorheizkraftwerk treibt ein Motor statt eines Fahrzeugs einen elektrischen Generator an. Die dabei anfallende Abwärme von Abgas (400 – 600 °C), Motor, Kühlwasser, Schmiermittel (80 – 90 °C) und die Generatorabwärme können über einen oder mehrere Wärmetauscher zu Heizzwecken genutzt werden. Derartige Anlagen benötigen eine Rücklauftemperatur der Heizung unter 70 °C.

Die meisten Anlagen arbeiten mit Erdgas, daneben sind auch Heizöl/Diesel und – aus dem Bereich der erneuerbaren Energieträger – Bioöle (z. B. Rapsöl) und Biogas möglich. Zur Luftreinhaltung werden die Aggregate mit einem 3-Wege-Katalysator ausgestattet oder arbeiten mit Luftüberschuss im Magerbetrieb mit Oxidationskatalysator. Der vom Generator erzeugte Strom wird bevorzugt im eigenen Objekt verwendet, weil er (Fremd-) Strom zu üblichen Bezugspreisen ersetzt. Nur ein Stromüberschuss wird in das allgemeine Stromnetz eingespeist und von den Netzbetreibern zu den niedrigeren, gesetzlich festgelegten Preisen vergütet.

Technik

Motorheizkraftwerke werden im Leistungsbereich von 1 kWel bis 20.000 kWel auf dem Markt (Abb. 5) angeboten. Für die Versorgung von Wohngebäuden kommen vor allem die „kleinen“ BHKW unter 15 kWel oder Mini-BHKW unter 5,5 kWel in Betracht. Ein Aggregat mit 4 kWel erbringt eine thermische Leistung von 12 kW. Wirtschaftlich günstige Rahmenbedingungen bestehen – eine zeitgemäße, energieeffiziente Bauweise vorausgesetzt – damit bei Mehrfamilienhäusern oder kleinen Gewerbebetrieben.

Für den Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser gibt es auch Aggregate mit einer geringeren thermischen Leistung. Oft ist es vorteilhaft, wenn eine zentrale Anlage mehrere Ein- und Zweifamilienhäuser oder eine komplette Siedlung versorgt, um eine kontinuierliche Wärmenachfrage zu garantieren. Derartige Nahwärmenetze sind auch gut geeignet, große Solarkollektorfelder zu integrieren und damit solare Wärme zu nutzen (solarunterstützte Nahwärme).

Auslegung

Die Wirtschaftlichkeit eines BHKW wird stark von der Wärmenachfrage der Nutzer im Sommerhalbjahr beeinflusst. Die Anlagen sollten mindestens 5.500 Stunden des Jahres kontinuierlich laufen. „Kleine“ BHKW werden üblicherweise für die Grundversorgung (Grundlast) eines Gebäudes mit Wärme ausgelegt. Bei einem Mehrfamilienhaus gilt der Erfahrungswert, dass aus wirtschaftlichen Gründen die thermische Leistung des BHKW etwa 10 – 20% des maximalen Wärmebedarfs eines Objekts am kältesten Tag des Jahres ausmachen sollte. Für den darüber hinausgehenden Spitzenbedarf wird ein zusätzlicher normaler Heizkessel in die Heizungsanlage integriert.

Die Dimensionierung einer BHKW-Anlage erfolgt üblicherweise nach der geordneten Jahresdauerlinie (Abb. 6). Bei diesem Berechnungsverfahren wird der Energiebedarf eines Objekts für alle 8.760 Stunden des Jahres gemessen und nach der Häufigkeit sortiert. Die höchste thermische Leistung ist während weniger Stunden an den kältesten Tagen des Jahres erforderlich. Ein BHKW orientiert sich aber an der Wärmegrundlast (z. B. 10 - 20% bei Wohngebäuden), d. h. dem niedrigen Teil der Kurve. Die Fläche unter der Kurve entspricht dem Jahreswärmebedarf. Die BHKW-Leistung soll möglichst vollständig unterhalb dieser Kurve liegen. Im Beispiel wird daher das BHKW 1, das 15% der Jahreshöchstlast abdeckt, auf ca. 6.500 Betriebsstunden kommt und 56% des Gesamtwärmebedarfs abdeckt, durch ein BHKW 2 ergänzt. Dieses deckt weitere 15% der Jahreshöchstlast ab, läuft 3.300 Betriebsstunden und liefert weitere 28% des Gesamtwärmebedarfs. Nur an 1.500 Stunden im Jahr würde für den Spitzenbedarf ein konventioneller Heizkessel zugeschaltet, der die noch fehlenden 16% des Gesamtwärmebedarfs decken müsste.

Zum Vergleich: ein einziges großes BHKW Modul mit 30% würde nur auf 3.300 Betriebsstunden kommen, statt der 4.900 Betriebsstunden bei der gewählten Verteilung auf zwei Module.