HRE-Kessel

Der Betrieb beginnt in dem Moment, in dem der Thermostat einen Wärmebedarf signalisiert. Der Gasbrenner zündet. Anders als bei einem herkömmlichen Kessel wird die erzeugte Wärme direkt auf zwei Pfade aufgeteilt. Ein Teil der thermischen Energie erhitzt den Kopf des Stirlingmotors. Im Inneren dehnt sich ein Arbeitsgas aus. Der Kolben bewegt sich. Diese mechanische Arbeit wird von einem Lineargenerator in Wechselspannung umgewandelt, die nach Synchronisierung mit dem Stromnetz für die Haushaltsgeräte verfügbar ist. Es ist ein Prozess des ständigen Ausgleichs.

Parallel dazu findet die klassische Wärmeübertragung statt. Die Restwärme, die den Motor verlässt, strömt zusammen mit der direkten Verbrennungswärme zum Primärwärmetauscher, wo das Heizungswasser auf Temperatur gebracht wird. Bei Spitzenlasten im Wärmebedarf, etwa beim Zapfen von warmem Duschwasser, kann ein zusätzlicher Brenner zugeschaltet werden, um die Leistung zu erhöhen, ohne dass die Stromerzeugung proportional mitsteigt. Der Strom, der nicht direkt im Gebäude verbraucht wird, fließt über den Netzanschluss zurück in das öffentliche Netz. Das System läuft vor allem in den Wintermonaten auf Hochtouren. Lange Brenndauern sind entscheidend. Kurze Zyklen verringern den elektrischen Ertrag erheblich.

Innerhalb der Welt der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung, deren bekanntester Vertreter der HRE-Kessel ist, bestimmen die motorischen Prinzipien die Variante. Der Stirlingmotor dominiert. Leise. Wartungsarm. Diese Technik nutzt ein hermetisch geschlossenes System, in dem ein Arbeitsgas durch externe Erhitzung expandiert und kontrahiert. Er ist die stille Kraft hinter den meisten Wohnanlagen. Im Gegensatz dazu stehen Systeme mit einem Verbrennungsmotor. Man denke an einen verkleinerten Automotor, der mit Erdgas läuft. Leistungsstärker in der elektrischen Ausbeute, aber lauter und wartungsintensiver aufgrund der inneren Explosionen und mechanischen Reibung. Diese letztgenannte Variante wird selten in Einfamilienhäusern eingesetzt und findet eher ihren Weg in kollektive Heizungssysteme oder kleine Gewerbebauten.

Eine andere, oft verwechselte Technologie ist die Brennstoffzellenheizung. Obwohl beide Geräte gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen, ist die Funktionsweise grundlegend anders. Die Brennstoffzelle kennt keine beweglichen Kolben oder Generatoren. Sie ist reine Elektrochemie. Wasserstoff wird aus dem Erdgas gewonnen und reagiert mit Sauerstoff. Keine Verbrennung, sondern eine chemische Reaktion. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei Brennstoffzellen deutlich höher als bei einem mechanischen HRE-Kessel, dafür ist das Preisschild entsprechend höher.

Nicht jeder Kessel mit hohem Wirkungsgrad ist ein HRE-Kessel. Die Verwechslung mit dem regulären Brennwertkessel (Hoog Rendement) liegt ständig nahe. Das eine zusätzliche 'E' steht für Elektrizität und markiert einen großen Unterschied in Technik und Investition. Während ein Brennwertkessel in den Niederlanden der Standard ist, blieb der HRE-Kessel ein Nischenprodukt. Der Begriff 'HRE' selbst ist zudem ein Markenname, der von der Industrie als generische Bezeichnung übernommen wurde, vergleichbar damit, dass man oft 'Aspirin' zu einem Schmerzmittel sagt.

• Solo-HRE: Anlagen, die primär auf die Zentralheizung ausgerichtet sind, wobei die Stromerzeugung ein Nebenprodukt der Grundfunktion ist.
• Kombi-HRE: Die häufigste Variante, die sowohl das Gebäude heizt als auch direkt Warmwasser liefert, wobei der Stirlingmotor während beider Prozesse Strom erzeugen kann, sofern die Brenndauer lang genug ist.

Die Unterscheidung zur Hybrid-Wärmepumpe ist für die heutige Nachhaltigkeitsstrategie entscheidend. Während der HRE-Kessel Gas nutzt, um Strom zu erzeugen, nutzt die Hybrid-Wärmepumpe Strom, um Wärme aus der Außenluft zu gewinnen. Zwei entgegengesetzte Richtungen. Der HRE-Kessel profitiert von einem hohen Gasbedarf in kalten Wintern, die Wärmepumpe versucht diesen Gasverbrauch gerade zu eliminieren. In der Praxis wurde der HRE-Kessel hierdurch von der elektrischen Wende überholt.

Man stelle sich ein ungedämmtes Landhaus während einer strengen Frostperiode im Januar vor. Der Thermostat verlangt ständig nach Wärme. Der HRE-Kessel läuft auf voller Leistung. Ein Marathon, kein Sprint. Während die Bewohner drinnen gemütlich am Heizkörper sitzen, erzeugt die Maschine auf dem Dachboden genug Strom, um die Beleuchtung und den Fernseher im Wohnzimmer zu versorgen. Die Gasrechnung ist hoch. Das stimmt. Aber der Strombezug beim Versorgungsunternehmen stagniert nahezu vollständig. Es ist eine winterliche Balance für Gebäude, die noch nicht für eine vollständige Wärmepumpenanlage bereit sind.

Ein anderes Szenario ist das kleine Bed & Breakfast mit vier Gästezimmern. Jeden Morgen zwischen sieben und neun Uhr entsteht eine enorme Spitze in der Warmwassernachfrage. Der Brenner im HRE-Kessel muss kräftig arbeiten, um alle Duschen mit heißem Wasser zu versorgen. Gerade durch diese langanhaltende, intensive Belastung läuft der Stirlingmotor optimal. Der zu diesem Zeitpunkt freiwerdende Strom deckt direkt den Verbrauch der Geschirrspüler und Kaffeemaschinen im Frühstücksraum. Das System rentiert sich hier schlicht, weil der Wärmebedarf und der Stromverbrauch gleichzeitig spitzen. Ohne diese langen Laufzeiten bleibt es ein teurer gewöhnlicher Kessel.

Man denke auch an ein denkmalgeschütztes Gebäude, bei dem eine Außeneinheit für eine Wärmepumpe ästhetisch oder rechtlich unmöglich ist. Der Platz im Inneren ist jedoch großzügig. Der HRE-Kessel ersetzt den alten Kessel, ohne dass die gesamte Infrastruktur der dicken Heizungsleitungen angepasst werden muss. Der Bewohner behält seine Hochtemperaturheizung für die gusseisernen Heizkörper und erhält als Bonus eine niedrigere Stromrechnung. Es ist eine Technik, die am Rand der großen Wende funktioniert. Eine mechanische Lösung für ein spezifisches energetisches Problem.

Die Technik hinter dem HRE-Kessel beruht auf einem Prinzip, das über zwei Jahrhunderte alt ist. Robert Stirling patentierte seinen Heißluftmotor bereits 1816. Ein brillantes Konzept. Die praktische Umsetzung in die niederländische Dachkammer ließ jedoch bis in die frühen neunziger Jahre des vorigen Jahrhunderts auf sich warten. Damals suchte die Gaswirtschaft, allen voran die Gasunie, nach Wegen, die Erdgasposition in einem liberalisierten Energiemarkt zu festigen. Der Traum war ein Heizkessel, der sich durch Stromerzeugung selbst amortisiert. Ein dezentrales Kraftwerk.

Um 2005 kamen die ersten ernsthaften Prototypen auf den Markt. Unternehmen wie Microgen entwickelten die Stirlingmodule, die später von Herstellern wie Remeha und Intergas in ihre Geräte integriert wurden. Der Begriff 'HRE' wurde als starkes Marketinglabel eingeführt. Er sollte der Nachfolger des erfolgreichen Brennwertkessels werden. Man zielte auf eine Revolution. Der Staat förderte die Entwicklung mit Zuschüssen in der Hoffnung auf eine deutliche CO2-Reduktion durch die Vermeidung von Transportverlusten im Stromnetz. Der Schwung schien unaufhaltsam.

Die Realität erwies sich als widerspenstiger. Mechanische Komplexität und hohe Produktionskosten bremsten den großflächigen Ausbau. Während die Technik noch feinabgestimmt wurde, holte die Wirklichkeit den HRE-Kessel ein. Der Aufstieg preisgünstiger Solarmodule machte die eigene Stromerzeugung über einen gasbetriebenen Motor wirtschaftlich weniger attraktiv. Der Fokus verschob sich. Die Erdbeben in Groningen veränderten die Politik radikal. Von Gasförderung hin zu 'weg vom Gas'. Dadurch degradierte der HRE-Kessel von einer versprochenen Revolution zu einer Nischenlösung für spezifische Sanierungsprojekte. Eine technische Meisterleistung, die das Pech hatte, am Vorabend einer vollständigen Energiewende zu florieren.