Das Herzstück in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) sorgt für die Umwandlung von in Brennstoffen enthaltener Energie zu Strom und Wärme.
Die Kraft-Wärme-Kopplung erledigt in den meisten Anlagen ein Verbrennungsmotor. Beim Verbrennungsvorgang im Motor entstehen Bewegung und Wärme.
Wärmetauscher entziehen den Motorabgasen die Wärme und nutzen sie für den Heizkreislauf. Ein gleichzeitig durch die Bewegungen angetriebener Generator erzeugt Strom.
Je nach Konstruktionstyp variieren die Gewichtungen der Ausbeute. Durchschnittlich entstehen bei der Motoraktivität ein Drittel Strom und zwei Drittel Wärme. Die Bau- und Funktionsweise des herkömmlichen Verbrennungsmotors folgt dem Prinzip des aus Fahrzeugen bekannten Ottomotors. Andere Kraft-Wärme-Gewinnung ermöglichen Stirling- und Dampfmotoren oder Brennstoffzellen.
Ottomotor für flüssige oder gasförmige Brennstoffe
Das Funktionsprinzip eines Ottomotors besteht aus vier Phasen, die sich in gleicher Reihenfolge ständig wiederholen:
- Ansaugen
- Verdichten
- Verbrennen
- Ausstoßen
Der Brennstoff wird in eine geschlossene Brennkammer geführt, zusammengepresst, angezündet und wieder abgeleitet.
Ein für BHKW häuftig eingesetzter Verbrennungsmotor ist der Gasmotor. Mit dem identischen Funktionsprinzip ist er auf gasförmige Energieträger beziehungsweise Brennstoffe ausgelegt. Die Verbrennung von Gasen erzeugt eine deutlich geringere mechanische und technische Belastung für die Bauteile des Motors als flüssige Öle. Die Einbindung und Abnahmepunkte für Wärme differieren konstruktionsbedingt. Als Faustregel gilt: Je mehr Funktionen außerhalb des Motorblocks erledigt werden, desto haltbarer und langlebiger ist der Motor.
Ausnutzung des Brennstoffs
Welcher Mengenanteil der im Brennstoff enthaltenen Energie zu Strom und Wärme umgewandelt wird, drückt der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors aus. Der Gesamtgrad beschreibt zuerst die Komplettausnutzung, ohne Kraft und Wärme zu differenzieren. Bei für ein BHKW modifizierten Ottomotoren liegt er bei durchschnittlich neunzig Prozent. Der Aufbau des Motors und die Hilfsgeräte wie Wärmetauscher und Generator können den Wirkungsgrad um einige Prozentpunkte verschieben.
Mit einer anteilig höheren Stromausbeute liefert ein mit Diesel betriebener Verbrennungsmotor, einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 95 Prozent. Er wird mit flüssigem Brennstoff wie Erd- oder Bioöl oder Biodiesel angetrieben. Dem Vorteil der hohen Effizienz stehen ein höherer Anschaffungspreis und ein größerer Verschleiß beziehungsweise eine größere Wartungsintensität entgegen.
Verschleiß und Wartung
Lebensdauer und Wartung hängen beim Verbrennungsmotor stark von der Konstruktionsart ab. In den einfachsten Motormodellen wird das Heizungswasser durch den Motorblock geleitet. Der Wärmetauscher ist motornah montiert. Höherwertige Motoren arbeiten mit voneinander getrennten Kreisläufen. Die Entlastung des Motorblocks kann auch durch Nachrüstung neuer Wärmetauscher erfolgen. Wie beim Fahrzeugmotor spielt die Qualität des Brennstoffes bezüglich Verschmutzung und Verbrennungsergebnis eine wichtige Rolle.
Zur Instandhaltung und Wartung gehören regelmäßige Wechsel des Schmieröls. Um die Verschleißteile möglichst gering zu belasten, ist das Minimieren der Motorstarts empfehlenswert. Wenn der Motor „angeworfen“ wird, sollte er einen lohnenswerten Zeitintervall durchlaufen. Erzeugte Wärme speichert und nicht selber verbrauchten Strom „verkauft“ man direkt.
Andere Verbrennungsmotoren
Dem BHKW ist es egal, wo die Kraft und Wärme entstehen. Diesen Umstand nutzt der Stirlingmotor, der nicht als klassischer Verbrennungsmotor gilt. Trotz dessen arbeitet auch mit einer Verbrennungseinheit. Anders als beim Ottomotor wird ein im Motor befindliches Gas von außen erhitzt und an anderer Stelle abgekühlt. Diese Temperaturdifferenz bringt den Motor in Bewegung. Eine technisch verwandte Variante ist der Dampfmotor.