Gelungenes Zusammenspiel

Die Wahl des Blockheizkraftwerks des Jahres durch den Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (B.KWK) blickt auf eine lange Tradition zurück. Wie in den Jahren zuvor ging es auch bei dieser Wahl darum, unter den vielen guten Beispielen für KWK-Konzepte ein ganz besonders zukunftsweisendes zu würdigen.

Gesucht wurde ein BHKW, das bei aller technischen Raffinesse auch einen ganz dienlichen Nutzen für Mensch und Umwelt erfüllt. Insofern ist die Wahl dieses Jahr ein wenig anders als in den Jahren zuvor, weil sie selten eine derart politische Relevanz hatte. Wie keine andere Technik steht die Kraft-Wärme-Kopplung in einer Zeit wie dieser für den Anspruch, durch die kombinierte Gewinnung von Wärme und Strom sichere Energie für das Leben der Menschen bereitzustellen und durch den ressourcenschonenden Einsatz von Brennstoffen gleichzeitig die Umwelt zu schützen. Es erfüllte die Jury mit Stolz, erneut ein BHKW auszeichnen zu dürfen, das genau diesem Anspruch genügt.

Sie traf ihre Entscheidung zwischen elf BHKW-Anlagen, die in den Monaten Januar bis November 2022 in E&M als „BHKW des Monats“ vorgestellt worden sind. Es wurden überzeugende und zukunftsweisende KWK-Lösungen für sehr unterschiedliche Aufgabenbereiche gefunden.

Folgende Kriterien gaben den Ausschlag:

• Lösungskonzepte der Anlagenkombination
• die beteiligten Partner
• die Planung
• technische Ausführung
• Betrieb der Investitionen

In diesem Jahr standen vielfältige KWK-Konzepte mit Erd- und Biogas betriebener Motorblockheizkraftwerke zwischen 16 kW und 3,5 MW elektrischer Leistung zur Wahl. Darunter eine Kombination von BHKW und Absorptionskälteanlage mit 25 kW Kälteleistung, außerdem verschiedene BHKW-Anlagen in Kombination mit Photovoltaik oder Solarthermie sowie mit Power-to-Heat und Gas- und Hackgutkessel. Batteriespeicher und dynamisches Lastmanagement für E-Mobilladestellen ergänzen Projekte in der Objekt-, Quartiers- und Fernwärmeversorgung.

In die Gesamtanlagen sind Heiß- und Warmwasserspeicher zur Entkopplung der Stromproduktion vom Wärmebedarf integriert. Stromspeicher und BHKW sorgen in mehreren Projekten für eine gesicherte Strom- und Wärmeversorgung sowie Notversorgung. Sie werden wärmegeführt und oft auch nach dem Strommarkt betrieben. Die monatlich von E&M präsentierten Anlagen dienen zur Eigenversorgung der Betreiber oder auch zur Versorgung von Wohn- und Gewerbeobjekten, Nah- und Fernwärmesystemen.

Hohe Systemwirkungsgrade und Primärenergieeinsparungen

In den Anlagen werden hohe Systemwirkungsgrade und Primärenergieeinsparungen erreicht. Die Senkung der CO2-Emissionen durch KWK-Anlagen beträgt bei den Betreiberunternehmen bis zu 5.000 Tonnen pro Jahr. Durch den Einsatz von Biomethan und die Verdrängung von Grau- durch Grünstrom gehen die bilanziellen Emissionen (gerechnet nach FW 309) gen Null.

Die Entscheidung ist der Jury in diesem Jahr nicht leicht gefallen, denn es zeigte sich, dass neben klassischen KWK-Anlagen mit herausragenden Parametern zunehmend innovative Lösungen mit flexiblen Anlagen und Kombinationslösungen mit erneuerbaren Energietechnologien und Speichern Anwendung in der Praxis finden.

Nach intensiver Betrachtung der elf Projekte und eingehender Diskussion kamen die Experten zu einem übereinstimmenden Votum zugunsten des BHKW des Monats vom Juli 2022. Es handelt sich bei dem ausgezeichneten Projekt der Stadtwerke Lemgo um ein innovatives KWK-System mit zwei BHKW von Zeppelin Power Systems (je 2,5 MW), einer Solarthermieanlage mit Vakuum-Röhrenkollektoren des Herstellers Viessmann und mit einer Flusswasserwärmepumpe des Kulmbacher Herstellers AGO (1 MW Wärmeleistung). Über verschiedene Einspeisepunkte wird die Wärme ganzjährig in das bestehenden Fernwärmenetz geleitet.

Gewinneranlage ist ein iKWK-System

Die Stadtwerke Lemgo hatten bei der iKWK-Dezember-Ausschreibung 2019 den Zuschlag erhalten. Bei dem System müssen flexible KWK-Anlagen mit einer Jahresnutzung von 30 Prozent erneuerbarer Wärme aus Wärmepumpe und/oder Solarthermie und eine PtH-Anlage kombiniert werden. Mit der Umsetzung des Anlagenkonzepts, das auf gleich zwei erneuerbare Wärmequellen setzt, wurde 2020 mit der Demontage der Gasturbinenanlage von 1980 und dem alten Schornstein begonnen. Die Hansestadt Lemgo will laut eigenem Klimaschutzkonzept 2035 klimaneutral sein, dafür wurde bereits ein Transformationsplan für die Fernwärme erstellt, zu dem das iKWK-System und der Einsatz von Abfall- und Reststoffbiomethan in dem BHKW gehört.
 
Die bei den Stadtwerken Lemgo gewonnenen Erfahrungen aus einem BHKW-Wärmepumpen-Verbundprojekt, das realisiert wurde, noch bevor der Gesetzgeber den Begriff „iKWK“ erfand, und das ein Bestands-BHKW von 2 MW mit einer Wärmepumpe und der ersten Kläranlagenablaufwärmepumpe in Deutschland verband, zeugen von der Innovationskraft der Lemgoer. Gemeinsam mit Eugen Rejek von Beratende Ingenieure Rejek in Düsseldorf haben die Stadtwerke technisches Neuland betreten und den Mut gehabt, hier auch weiterzugehen. Ohne die jahrelange gute Zusammenarbeit und das gegenseitige Vertrauen wäre das neue iKWK-System nie entstanden.

In Lemgo waren 2020 verschiedene konventionelle KWK-Anlagen mit einer installierten Leistung von 35,286 MW und einem Gesamtwirkungsgrad von 84,6 Prozent bei 3.526 Vollbenutzungsstunden je BHKW in Betrieb. Mit der als BHKW des Jahres 2022 ausgezeichneten iKWK-Anlage kann das Fernwärmenetz seit Inbetriebnahme im März 2022 zu 26 Prozent erneuerbar gedeckt werden. Die vorhandene Power-to-Heat-Anlage mit 5 MW und ein großes Wärmespeichervolumen konnten für die Investition angerechnet werden.
 
Zukünftig wird von April bis September die Fernwärme vorwiegend CO2-neutral gedeckt. Die BHKW in Lemgo werden strommarktoptimiert betrieben, weil sie durch die großen Wärmespeicher vom Wärmelieferbedarf entkoppelt sind. Die Elastizität von 85 bis 100 Grad Celsius im Vorlauf des Fernwärmesystems ermöglicht es, dass auch zwischen Sommer- und Winterbetrieb variiert werden kann.

Durch die Investition von 11 Millionen Euro für das iKWK-System kann trotz Ausbau und Verdichtung des Fernwärmenetzes eine enorme Menge an Erdgas eingespart werden.

Zukünftige Investitionen in Lemgo sind eine Photovoltaikflächenanlage, ein weiterer Großwärmespeicher mit integrierter PtH-Anlage und eigener Windkraftanlage (Windwärme). Außerdem eine Windkraftanlage für Elektrolyse mit Wasserstoffspeicherung im vorhandenen Gasspeicher bis 100 bar einschließlich Rückverstromungs-BHKW sowie ein Holzhackschnitzelheizwerk plus Holzvergaser-KWK für Rest- und Abfallholz aus der Kaskadennutzung, um das Ziel der Klimaneutralität zu erreichen.

*Claus-Heinrich Stahl, Präsident des BKWK, Berlin

Das prämierte, sehr gelungene iKWK-Konzept hat die Jury besonders durch folgende Aspekte überzeugt:
1. Die hervorragende Kombination von neuer und vorhandener Anlagentechnik mit dem bestehenden Fernwärmesystem und die Integration gleich mehrerer erneuerbarer Energiequellen führt zu einem rundum überzeugenden Ergebnis.
2. Über die Solarthermiegroßanlage werden jährlich mehr als 3,3 Millionen kWh Wärme produziert und damit etwa 1.500 Tonnen CO2 eingespart.
3. Aus der Bega wird über ein Einlaufwerk ein Teil des Stroms von 100 Kubikmetern Flusswasser ohne Trennwärmetauscher, aber mit Filter entnommen. Die Abkühldifferenz beträgt normal 6 und minimal 3 Kelvin bei einer Mindestquelltemperatur von 5 Grad Celsius.
4. Das Gesamtanlagenkonzept mit der flexiblen, strommarktgeführten Fahrweise der iKWK-Anlage ermöglicht eine Dekarbonisierung der Fernwärme und führt zu einer erheblichen Senkung der Treibhausgasemissionen.
5. Das hier gewählte Energieversorgungskonzept hat Vorbildwirkung für andere Betreiber und zeigt insbesondere für Stadtwerke von Mittelstädten, wie die Dekarbonisierung durch ein gelungenes Zusammenspiel von erneuerbaren Energiequellen, Speichern und vorhandenen Infrastrukturen sowie den lokalen Gegebenheiten gelingen kann.

Die Jury des B.KWK
Gebhard Gentner (Stadtwerke Schwäbisch Hall), Karl Meyer (BTB Berlin), Marek Preißner (Infracon Service GmbH Leipzig), Prof. Dr. Bernd Thomas (Reutlingen Research Institute RRI), Claus-Heinrich Stahl (B.KWK)