Kraft-Wärme-Kopplung

Wie die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) funktioniert

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird mechanische Energie eingesetzt, um daraus gleichzeitig elektrischen Strom und als Fern- / Nahwärme oder auch als Prozesswärme nutzbare Wärme zu erzeugen. Um die mechanische Energie zu generieren, werden in KWK-Anlagen Brennstoffe mit einem Temparaturniveau ab ca. 200° C verbrannt. Hierbei kann es sich um fossile Brennstoffe wie Heizöl, Kohle oder Erdgas handeln, aber es kommen beispielsweise in Biogas-BHKW auch regenerative Rohstoffe wie Klärschlamm, Pflanzen oder auch Gülle zum Einsatz.

Die Verbrennungskraftmaschine (meist ein Motor oder eine Gasturbine) treibt bei der KWK einen Generator an, die den elektrischen Strom erzeugt. Im Gegensatz zu Kraftwerken ohne KWK wird jedoch die Abwärme, die durch den Betrieb der Anlage entsteht dafür genutzt, mittels eines Wärmetauschers dazu genutzt, um Heizwasser zu erwärmen.

Vorteile einer Kraft-Wärme-Kopplung

Durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme liegt der Gesamtnutzungsgrad einer KWK-Anlage meist bei 85 % und höher - vorausgesetzt, man nutzt beide erzeugten Energieformen. Bei traditionellen Kraftwerken, die die entstehende Abwärme nicht nutzen, liegt der gesamte Wirkungsgrad bei ca. 33 % (meist ältere Anlagen) bis maximal 61,5 % (Gas-Dampf-Kombikraftwerke).

Durch die hohe Energieeffizienz einer KWK-Anlage ergeben sich Einsparungen bei der primären Antriebsenergie von bis zu 30 %, was die Wirtschaftlichkeit deutlich erhöht. Da die KWK in Deutschland noch nicht ausreichend genutzt wird, werden diese Anlagen über das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) seit 2002 gefördert. Diese Förderung gilt nicht, wenn die Anlage bereits eine Förderung über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhält.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die KWK durch die Einsparung von CO2-Emissionen einen Beitrag zum Umweltschutz leisten.

Nachteile einer Kraft-Wärme-Kopplung

Eine Kraft-Wärme-Kopplung macht in einer Anlage nur Sinn, wenn die erzeugte Wärme auch wirklich ausreichend genutzt wird. Die teilweise Auskoppelung des entstehenden Dampfes sorgt dafür, dass der elektrische Wirkungsgrad insgesamt ein wenig geringer als bei konventionellen Kraftwerken ist.

Daher ist es wichtig, sich bei einer Anschaffung eines BHKW die Jahresdauerlinie für Strom- und Wärme-Verbrauch des Zielobjekts anzuschauen. Je nach Einsatzgebiet kann gerade der Wärmeverbrauch stark schwanken, beispielsweise wird in Haushalten im Sommer deutlich weniger Wärme benötigt als im Winter.

Kraft-Wärme-Kopplung in einem BHKW

Rauchwolken, die aus den Schornsteinen großer Kraftwerke aufsteigen, sind das beste Bild dafür, dass Wärmeenergie nicht genutzt und somit verschwendet wird. Doch auch bei konsequenter Nutzung ist es bei Kraftwerken nur teilweise möglich, das Verfahren der KWK anzuwenden. Das Problem dabei ist die räumliche Entfernung zu den Abnehmern der Wärme, denn durch den Transfer entstehen große Verluste.

Blockheizkraftwerke können das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung deswegen deutlich besser ausnutzen, denn bei diesen kann die entstehende Wärme meist direkt vor Ort verbraucht bzw. über Nahwärme an Verbraucher verteilt werden. Zudem gibt es BHKW mittlerweile in verschiedenen Größen, vom Nano-BHKW mit rund 1 kW elektrischer Leistung für Einfamilienhäuser bis hin zu Groß-BHKW mit einer elektrischen Leistung jenseits der 50 kW für ganze Siedlungen oder Industriegebäude.

Deutschland und die Kraft-Wärme-Kopplung

Laut Studien des Bundeswirtschaftsministeriums setzt sich auch in Deutschland die Kraft-Wärme-Kopplung weiter durch, so stieg der Anteil der Stromerzeugung durch die KWK an der Nettostromerzeugung von 1,5% im Jahr 2002 auf 15,4% im Jahr 2010. Bis 2020 sieht die Bundesregierung vor einen Anteil von 25% zu erreichen. Das auch aus gutem Grund: Die Kraft-Wärme-Kopplung soll bis zu einem Drittel der Brennstoffenergie einsparen, verglichen mit einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. Ein weiteres Argument ist, dass die KWK CO2-Emissionen einsparen und so einen Beitrag zum Umweltschutz leisten. In der Industrie ist der Einsatz von der KWK schon sehr verbreitet, dort liegt der Anteil der KWK nutzenden Unternehmen bei 62%. Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass die Kraft-Wärme-Kopplung mit wachsender Größe auch immer rentabler wird. Aber auch Wohnblocks, öffentliche Gebäude, Krankenhäuser und Schwimmbäder werden bereits mit der KWK beheizt und mit Energie versorgt.

Quelle:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kraft-W%C3%A4rme-Kopplung