Ein Blockheizkraftwerk, kurz BHKW, ist eine meist kompakte Anlage, die Strom und nutzbare Wärme gleichzeitig erzeugt. Technisch gehört es zur Kraft-Wärme-Kopplung. Ein Motor, eine Turbine oder eine Brennstoffzelle erzeugt mechanische oder direkt elektrische Energie; ein Generator speist daraus Strom in ein Gebäude, ein Arealnetz oder das öffentliche Stromnetz ein. Die bei der Umwandlung entstehende Wärme wird nicht an die Umgebung abgegeben, sondern für Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme oder ein Wärmenetz genutzt.
Der zentrale Unterschied zu einem reinen Kraftwerk liegt nicht in der Stromerzeugung selbst, sondern in der Nutzung der Abwärme. Ein Verbrennungsmotor-BHKW wandelt die chemische Energie des Brennstoffs nur teilweise in Strom um. Ein großer Teil fällt als Wärme im Abgas, im Kühlwasser und an weiteren heißen Bauteilen an. Wird diese Wärme verwertet, steigt der Gesamtwirkungsgrad deutlich. Wird sie nicht gebraucht oder über Kühler abgeführt, bleibt vom Effizienzargument wenig übrig. Ein BHKW ist deshalb nicht schon durch seine Bauform effizient, sondern durch die passende Einbindung in eine Wärmenutzung.
Beschrieben werden BHKW meist mit zwei Leistungsangaben: der elektrischen Leistung in Kilowatt elektrisch oder Megawatt elektrisch und der thermischen Leistung in Kilowatt thermisch oder Megawatt thermisch. Die elektrische Leistung gibt an, wie viel Strom die Anlage in einem Moment erzeugen kann. Die thermische Leistung beschreibt, wie viel nutzbare Wärme gleichzeitig bereitsteht. Davon zu unterscheiden ist die erzeugte Energiemenge, etwa in Kilowattstunden Strom oder Kilowattstunden Wärme. Für den Betrieb sind außerdem Jahreslaufzeit, Vollbenutzungsstunden, Stromkennzahl und Wärmespeichergröße wichtig. Die Stromkennzahl beschreibt das Verhältnis von elektrischer zu thermischer Leistung oder Energie und macht sichtbar, ob eine Anlage eher strom- oder wärmelastig ausgelegt ist.
Ein BHKW ist kein Heizkessel mit Nebenprodukt Strom, auch wenn es in vielen Gebäuden genau so betrieben wird. Ein Heizkessel erzeugt ausschließlich Wärme und kann seine Leistung meist gut an den Wärmebedarf anpassen. Ein BHKW erzeugt beim Wärmeliefern immer auch Strom. Umgekehrt ist es kein gewöhnliches Notstromaggregat. Ein Notstromaggregat soll bei Netzausfall verfügbar sein und läuft im Normalfall nur selten. Ein BHKW ist auf regelmäßigen Betrieb ausgelegt und wird wirtschaftlich über Stromerlöse, vermiedenen Strombezug, Wärmenutzung und Förderregeln bewertet. Von großen Heizkraftwerken unterscheidet es sich vor allem durch Größe, Standortnähe zum Wärmeverbrauch und häufig durch dezentrale Einbindung. Die technische Grundidee ist jedoch dieselbe: Stromerzeugung und Wärmenutzung werden gekoppelt.
In der Praxis werden BHKW häufig wärmegeführt betrieben. Die Anlage läuft dann, wenn Wärme benötigt wird. Der erzeugte Strom wird im Gebäude verbraucht, in ein Arealnetz geliefert oder ins öffentliche Netz eingespeist. Diese Betriebsweise passt zu Hotels, Krankenhäusern, Schwimmbädern, Wohnquartieren, Gewerbebetrieben oder Nahwärmenetzen mit stetigem Wärmebedarf. Sie kann aber aus Sicht des Stromsystems ungünstige Laufzeiten erzeugen. Wenn im Winter viel Wärme gebraucht wird, laufen viele BHKW auch dann, wenn gleichzeitig viel Windstrom im Netz ist. In solchen Situationen erhöht wärmegeführte Stromerzeugung die konventionelle Einspeisung, obwohl der Strommarkt bereits niedrige oder negative Preise signalisiert.
Stromgeführt betriebene BHKW orientieren sich stärker an Strompreisen, Netzanforderungen oder dem Eigenverbrauch. Damit ein solches BHKW nicht sofort Wärmeüberschüsse produziert, braucht es meist einen Wärmespeicher oder einen ausreichend flexiblen Wärmeabnehmer. Der Speicher entkoppelt den Zeitpunkt der Stromerzeugung vom Zeitpunkt der Wärmenutzung. Diese Entkopplung ist für die Rolle von BHKW in einem Stromsystem mit viel Windenergie und Photovoltaik zentral. Ohne Wärmespeicher erzeugt der Wärmebedarf die Laufzeit. Mit Speicher kann die Anlage eher dann laufen, wenn Strom knapp oder teuer ist, und pausieren, wenn viel erneuerbare Erzeugung vorhanden ist.
Ein verbreitetes Missverständnis betrifft den Wirkungsgrad. BHKW werden oft mit sehr hohen Gesamtwirkungsgraden von 80 bis über 90 Prozent beschrieben. Diese Zahl ist nur sinnvoll, wenn die Wärme vollständig und auf dem benötigten Temperaturniveau genutzt wird. Sie sagt außerdem nicht automatisch etwas über die Klimawirkung aus. Ein erdgasbetriebenes BHKW nutzt den Brennstoff effizienter als getrennte Erzeugung in einem alten Kraftwerk und einem Heizkessel. Es bleibt aber fossile Strom- und Wärmeerzeugung. Die Emissionen hängen vom Brennstoff, vom elektrischen Wirkungsgrad, von der ersetzten Wärmeerzeugung, vom verdrängten Strom und von der tatsächlichen Fahrweise ab. Ein BHKW ist deshalb weder grundsätzlich klimaschädlich noch grundsätzlich klimafreundlich. Die Bewertung hängt an der Systemgrenze.
Auch die Nähe zum Verbrauch wird oft überschätzt. Dezentral erzeugter Strom muss nicht automatisch das Stromnetz entlasten. Wenn der Strom zeitgleich vor Ort verbraucht wird, kann er Netzbezug vermindern. Wird er jedoch zu Zeiten hoher Einspeisung oder geringer lokaler Nachfrage ins Netz gedrückt, entstehen dieselben Koordinationsfragen wie bei anderen Erzeugungsanlagen. Für den Verteilnetzbetreiber zählt nicht, dass eine Anlage klein oder gebäudenah ist, sondern welche Leistung sie wann einspeist oder bezieht. Netzanschluss, Einspeisemanagement, Messkonzept und Bilanzierung entscheiden darüber, wie das BHKW technisch und wirtschaftlich eingebunden wird.
Wirtschaftlich stehen BHKW an der Schnittstelle mehrerer Regelwerke. Erlöse können aus vermiedenem Strombezug, Einspeisevergütung, Zuschlägen nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz, Wärmeverkauf, Regelenergie oder aus der Optimierung gegenüber zeitvariablen Strompreisen entstehen. Kosten entstehen durch Brennstoff, Wartung, CO₂-Preis, Netzentgelte, Messung, Abgaben und Investition. Die Wirtschaftlichkeit ist daher nicht allein eine Frage des Wirkungsgrads. Sie hängt davon ab, ob die Anlage viele Stunden mit hoher Wärmenutzung läuft, wie teuer der Brennstoff ist, welcher Strompreis vermieden oder erzielt wird und welche regulatorischen Bedingungen gelten. Ein schlecht ausgelegtes BHKW kann trotz guter Technik unwirtschaftlich sein, wenn Wärmebedarf, Laufzeit und Stromverwertung nicht zusammenpassen.
Für Fernwärme und Nahwärme spielen BHKW eine besondere Rolle. Sie können Grundlastwärme liefern und zugleich Strom erzeugen. In älteren Wärmenetzen waren gasbetriebene oder biogasbetriebene BHKW oft ein Baustein, um Heizkessel zu ersetzen und Brennstoff besser auszunutzen. Mit steigendem Anteil erneuerbarer Stromerzeugung verändert sich diese Rolle. Wärmenetze werden zunehmend mit Großwärmepumpen, Abwärme, Solarthermie, Geothermie, Elektrodenkesseln und Speichern kombiniert. Ein BHKW kann darin weiterhin nützlich sein, etwa für Zeiten hoher Strompreise oder als gesicherte Leistung. Es verliert aber die Rolle einer pauschalen Effizienzlösung, wenn erneuerbarer Strom für Wärmepumpen verfügbar ist und fossiles Gas durch CO₂-Kosten belastet wird.
Biogas- und Biomethan-BHKW werden anders bewertet als Erdgas-BHKW, weil der Brennstoff erneuerbar sein kann. Auch hier ist Präzision nötig. Nachhaltiges Biogas ist begrenzt, seine Bereitstellung verursacht Kosten und Flächenkonflikte können auftreten. Aus Stromsystemsicht ist Biogas besonders wertvoll, wenn es nicht gleichmäßig durchläuft, sondern flexibel Strom erzeugt, wenn Wind und Photovoltaik wenig liefern. Dafür braucht es Gasspeicher, größere Motorleistung im Verhältnis zur durchschnittlichen Gasproduktion und Wärmespeicher. Ein dauerlaufendes Biogas-BHKW nutzt den erneuerbaren Brennstoff zwar kontinuierlich, stellt dem Stromsystem aber weniger Flexibilität bereit.
Institutionell verbindet das BHKW Bereiche, die häufig getrennt geregelt und geplant werden. Die Wärmeplanung betrachtet Gebäude, Wärmenetze und lokale Wärmequellen. Der Strommarkt bewertet Erzeugung nach Zeit und Preis. Das Stromnetz muss Einspeiseleistung aufnehmen und Spannung halten. Förderregeln setzen Anreize für Investition und Betrieb. Aus dieser Ordnung folgt, dass dieselbe Anlage aus Sicht eines Gebäudebetreibers sinnvoll, aus Sicht des lokalen Netzes problematisch und aus Sicht der Klimabilanz nur unter bestimmten Annahmen vorteilhaft sein kann. Wer die Wirkung eines BHKW beurteilen will, muss deshalb Betriebsweise, Brennstoff, Wärmenutzung und Marktintegration gemeinsam betrachten.
Die wichtigste Abgrenzung betrifft die Funktion: Ein BHKW ist keine eigene Energiequelle, sondern eine Umwandlungsanlage. Es erzeugt Strom und Wärme aus einem Brennstoff. Seine Qualität liegt in der gekoppelten Nutzung, nicht in der bloßen Existenz kleiner dezentraler Erzeugung. Im künftigen Stromsystem kann ein BHKW nützlich sein, wenn es flexible gesicherte Leistung bereitstellt, Wärme sinnvoll einbindet und fossile Laufzeiten begrenzt. Ohne diese Einbindung kann es Strom erzeugen, wenn Strom nicht knapp ist, und Brennstoff verbrauchen, obwohl andere Wärmequellen verfügbar wären. Präzise beschrieben ist ein BHKW daher ein Kopplungspunkt zwischen Strom und Wärme, dessen Nutzen erst durch Auslegung, Fahrweise und Brennstoffwahl entsteht.