KWK bei der Heizung im Sinkflug

Nichts ist mehr, wie es einmal war.

Auf der ISH 2023 waren Brennstoffzellenheizgeräte oder motorbetriebene Blockheizkraftwerke (BHKW) bei den Ausstellern quasi kaum noch vorhanden. Von der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), dem einstigen Hoffnungsträger für die effiziente Hausenergieversorgung, war in diesem Jahr keine Rede mehr.

Auf der ISH Mitte März 2023 in Frankfurt (Main) wurde im Heizungsbereich alles auf den Kopf gestellt. Doch es lag nicht mehr an der Corona-Pandemie, die nach rund drei Jahren quasi als beendet erklärt wurde. Auch die Auswirkungen des über ein Jahr andauernden russischen Angriffskriegs auf die Ukraine und den damit aufgeworfenen Fragen nach der Sicherheit der Energieversorgung standen nicht mehr im Fokus. Vielmehr konnte man den Eindruck gewinnen, dass es bei der Frage nach der Zukunft der Wärmewende im Gebäudesektor nur mehr um die Erfüllung der forcierten politischen Vorgaben in puncto Dekarbonisierung und Einsatz regenerativer Energien ging. So schien denn auch bei den Ausstellern im Heizungsbereich überwiegend alles auf nur noch eine Lösung hinauszulaufen – der politisch gewünschten, elektrischen Wärmpumpe.

So fand beispielsweise effiziente Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit Brennstoffzellenheizgeräten oder mit motorbetriebenen Blockheizkraftwerken (BHKW) quasi kaum noch statt. Einige Hersteller waren gar nicht erst zur Messe gekommen, andere hatten ihre Produktlösungen im Bereich KWK erst gar nicht mit auf die Messe gebracht. Man wolle nicht von den – von der Politik ja auch gewünschten – elektrischen Wärmepumpen ablenken, war vielfach als Argument zu hören. Vielleicht spielte auch die durch die veränderte Förderpolitik geschaffene neue Marktsituation bei den Brennstoffzellenheizgeräten eine Rolle.

Schon im vergangenen Jahr zeichnete sich eine Eintrübung im KWK-Markt ab. Die Situation auf den Energiemärkten, besonders die Unsicherheit bezüglich der Versorgungssicherheit und der Preisentwicklung, bescherte den Anlagen mit KWK nach Zahlen des Bundesverbandes der Deutschen Heizungsindustrie (BDH) einen deutlichen Dämpfer. So fanden sich 2022 nur noch für insgesamt 6.000 Brennstoffzellenheizgeräte und Verbrennungsmotoren mit einer elektrischen Leistung von bis zu 50 kW Käufer (Abb. 1).

Während die für das Gewerbe und die Industrie aus Effizienzgründen interessanten Blockheizkraftwerke dabei mit einem Absatz von etwa 4.000 Stück noch einigermaßen ungeschoren davonkamen, waren die mit einer elektrischen Leistung um ein Kilowatt für das Segment der Ein- und Zweifamilienhäuser interessanten Brennstoffzellenheizgeräte von dem Nachfragerückgang besonders betroffen: nur noch rund 2.000 Anlagen wurden verkauft. Und dies trotz im Jahr 2022 noch ungemein attraktiver Förderbedingungen: So erhielten im Rahmen des Programms 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) beispielsweise Brennstoffzellenheizgeräte mit 0,75 kW elektrischer Leistung einen Investitionszuschuss von 11.200 Euro und Brennstoffzellenheizgeräte mit 1,5 kW elektrischer Leistung erhielten gar 15.050 Euro.

Noch offen ist, wie sich die Situation in diesem Jahr angesichts der Novellierung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) mit Fokus auf den Klimaschutz und die schnellstmögliche Dekarbonisierung des Wärmebereichs entwickelt. Anfang dieses Jahres wies der BDH darauf hin, dass Brennstoffzellenheizungen seit dem 1. Januar 2023 über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gefördert werden. Das gravierende dabei: Ab sofort werden nur noch Anlagen gefördert, die mit grünem Wasserstoff oder Biomethan betrieben werden, und zwar mit bis zu 35 Prozent der Investitionskosten.

Wie der BDH betonte, kann als Alternative zur BEG unabhängig vom verwendeten Energieträger ebenfalls seit dem 1. Januar 2023 über die Energetischen Sanierungsmaßnahmen-Verordnung (ESanMV) eine Steuerermäßigung in Höhe von bis zu 20 Prozent der Investitionskosten genutzt werden. „Brennstoffzellen-Systeme für die Gebäudeenergie sind eine Kerntechnologie für das klimaneutrale Energiesystem der Zukunft“, bekräftigte Dieter Kehren, Leiter der Fachabteilung KWK im BDH. „Sie erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme, sind innovativ und hocheffizient. Damit ermöglichen sie die Sektorenkopplung im Gebäude und vereinbaren die saisonal geprägte Wärmeerzeugung systemdienlich mit dem Stromsystem.“

Entwicklungen im Markt für Brennstoffzellen

Gleichwohl erwies sich die Suche nach Brennstoffzellenheizgeräten auf der ISH mühsam. Bei Bosch Thermotechnik fand sich auf dem Stand der Marke Buderus schließlich doch noch ein Exemplar eines Bluegen-Gerätes (es arbeitet mit einer Festoxidbrennstoffzelle „SOFC“ mit bis zu 1,5 kW elektrischer Leistung) aus der Kooperation mit Solidpower, das seit Herbst vergangenen Jahres übrigens SolydEra heißt. Wie man im Vorfeld der ISH vermeldete, wurden in mehr als 20 Jahren annähernd 3.000 Bluegen-Systeme in 17 Ländern installiert. Und sie haben in über 70 Millionen Betriebsstunden bereits mehr als 90 GWh Strom produziert (Abb. 2).

Die Anbieter Viessmann und BDR Thermea hatten ihre Brennstoffzellenheizgeräte, wie gesagt, nicht mit auf die ISH gebracht. Beide setzen mit der verwendeten Polymer Elektrolyte Membrane „PEM“ auf Technik von Panasonic. Diese Systeme mit rund 0,7 kW elektrischer Leistung sind für das Einfamilienhaus konzipiert und werden in Europa mit Erdgas und Reformer betrieben. Panasonic fungiere hier als klassischer Komponenten-Lieferant. Dies könne sich bei einer neuen Entwicklung jetzt etwas anders darstellen, wie Roland Kerschbaum von Panasonic Heating & Ventilation A/C Europe auf der Messe erläuterte. Dazu stellte er das kommerziell erhältliche Brennstoffzellensystem Kibou vor. Es arbeitet mit reinem Wasserstoff, idealerweise mit grünem Wasserstoff, der durch die Trennung von Wassermolekülen in Wasserstoff und Sauerstoff mit überschüssiger Energie aus erneuerbaren Energien (wie Photovoltaik oder Windkraft) erzeugt wird. Und die Stromerzeugung steht im Vordergrund (Abb. 3).

Solch ein Kibou-System richtet sich mit 5 kW elektrischer Leistung an Gewerbebetriebe, die Industrie oder größere Immobilien. Wobei das Konzept bereits explizit eine Kaskadierung zu der jeweils gewünschten höheren Leistung vorsieht. Wie Kerschbaum betonte, könnten mehrere Systeme modular bis zu einer Gesamtgröße von einem Me-gawatt zusammengeschlossen werden. Seit 2021 ist das System in Japan bereits auf dem Markt. Panasonic setze dabei weiter auf die bewährte PEM-Technologie. Ihr Vorteil liege unter anderem in einer kurzen Startzeit von weniger als einer Minute. Die aktuelle Lebensdauer liege bei 4.500 Starts. Die Laufzeit betrage rund 90.000 Stunden. Dann werde ein großer Service fällig, danach könne sie weitere 90.000 Stunden laufen.

Vor rund einem Jahr hat Panasonic in Japan für eine Fabrik eine Pilotanlage für ein autarkes Stromversorgungssystem mit grüner Energie in Betrieb genommen. Diese „RE100“-Anlage (100 Prozent Renewable Energy) besteht aus einer Kombination von 100 Kibou-Einheiten, Photovoltaikmodulen und Batteriespeichern. Erste Leuchtturmprojekte in Europa sind in der Planung, berichtete Kerschbaum. Interesse kommt von Energiegemeinschaften und von Betrieben, die bereits Wasserstoff verwenden.

Fokus auf BHKW

Für motorbetriebene Blockheizkraftwerke im Leistungsbereich von rund 5 bis 50 kW elektrischer Leistung war das Marktgeschehen in den vergangenen Jahren relativ stabil. Dies zeigt sich auch in der vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) vorgelegten Statistik über die Zulassung von KWK-Anlagen nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG). Sie führt die Anzahl der beim BAFA zugelassenen neuen, modernisierten und nachgerüsteten KWK-Anlagen auf – differenziert nach Größenklassen und Inbetriebnahmejahren (Abb. 4).

Ein auf die Herstellung von Blockheizkraftwerken spezialisierter Anbieter war zur ISH gekommen: EC Power. Pas-send zu dem Messe-Schwerpunktthema Wärmepumpe präsentierte das 1996 in Dänemark gegründete Unternehmen in Frankfurt seine Blockheizkraftwerke direkt in Kombination mit Wärmepumpen – als Kraftwärmepumpe. Als „das perfekte Zusammenspiel“ bezeichnete EC Power diese Lösung. „Die Kraftwärmepumpe vereint Blockheizkraftwerk und Wärmepumpe. Die Vorteile beider Technologien lassen sich somit bestmöglich nutzen.“ Ein besonderer Vorteil für den Betreiber sei die so gewonnene Zuverlässigkeit. Das Blockheizkraftwerk produziere vor Ort den Strom für die Wärmepumpe, die somit nicht von der Netzstromversorgung abhängig ist. Netzbedingte Abschaltzeiten würden dadurch vermieden. Entsprechend könne ein großer Wärmespeicher für die Überbrückung der Ausfallzeiten entfallen. Die Blockheizkraftwerke vom Typ XRGI basieren auf Hochleistungsmotoren von Toyota. Das Produktspektrum umfasst vier Modelle mit einer maximalen elektrischen Leistung zwischen 6 und 20 kW. Modulierend und kaskadierend können sie im Stromerzeugungsbereich von 3 bis 80 kW eingesetzt werden (Abb. 5).

Im größeren Leistungsbereich fanden sich noch Hinweise und Exponate zum Thema Blockheizkraftwerke auf den Ständen von Viessmann, Remeha und Wolf. Das heißt, bei Viessmann begnügte man sich mit einem Miniaturmodell einer Vitobloc 200 Unit, und der Information, dass diese KWK-Einheiten im Leistungsbereich von 50 bis 530 kW elektrisch und 83 bis 688 kW thermisch angeboten werden (Abb. 6). Hingegen hatte Remeha (Teil der BDR Thermea Group) ein Exemplar seines Blockheizkraftwerks ELW 20-43 mit zur ISH gebracht (Abb. 7). Es ist für den Betrieb mit Erdgas oder Flüssiggas ausgelegt und richtet sich mit einer modulierenden Leistung von bis zu 20 kW elektrisch und 43 kW thermisch an Anwendungen in Gewerbe, Industrie und großen Mehrfamilienhäusern.

Auf ihrem Messestand hatte Wolf (ein Tochterunternehmen der Ariston Group) das neue Blockheizkraftwerk GTK 50 EVO H!SUB(2)SUB! ihrer Tochtergesellschaft Wolf Power Systems ausgestellt. „Mit der GTK 50 EVO H!SUB(2)SUB! gestaltet man die Energiewende aktiv mit – ob in Betrieb mit reinem Wasserstoff, Biomethan, Erdgas oder Flüssiggas. Eine klimaneutrale und bedarfsgerechte Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme durch KWK“, betonte das Unternehmen. Die Stahlkonstruktion sorge für Stabilität bei geringem Gewicht. Durch seine kompakte Bauweise sowie eine komplette Zerlegbarkeit lasse es sich selbst bei beengten Verhältnissen optimal einbinden. Durch eingebaute Schwingungsdämpfer auf geringste Schallemissionen ausgelegt, sei es im Außen- sowie Innenbereich einsetzbar (Abb. 8).