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basisEnergie  – grundlegende Themen verständlich erklärt

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Effiziente Energienutzung: Blockheizkraftwerke erzeugen in einem Prozess Strom und Wärme.
© Jürgen Escher, COMUNA-metall Vorrichtungs- und Maschinenbau GmbH
Effiziente Energienutzung
basisEnergie Nr. 21

Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
© Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.

Drei Blockheizkraftwerke, die Strom und Wärme zur Versorgung einer Uniklinik und für das Fernwärmenetz der Stadtwerke erzeugen.
© BINE Informationsdienst

Um die gleiche Menge Strom und Wärme zu erzeugen, ist bei getrennter Erzeugung mehr Primärenergie erforderlich.
© BINE-Fachbuch „Blockheizkraftwerke“
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Kraft-Wärme-Kopplung

Kraftwerke liefern nicht nur elektrische Energie, sondern geben auch Wärme ab. Damit diese optimal genutzt werden kann, sollten die Wärmeabnehmer sich möglichst in der Nähe der Anlage befinden. Diese Anforderung erfüllen kleine, dezentrale Blockheizkraftwerke. Deren typische Einsatzgebiete sind Krankenhäuser, Bürogebäude, Industrie- und Gewerbebetriebe, Wohnsiedlungen sowie Ein- und Mehrfamilienhäuser.

In Deutschland werden derzeit etwa 70% des Stroms in großen Wärmekraftwerken erzeugt und über Fernleitungen verteilt. Derartige Kraftwerke wandeln von der eingesetzten Primärenergie im Schnitt nur etwa 40% in Strom um. Aber etwa 60% der Ursprungsenergie fallen als Wärme an. In der Umgebung gängiger fossiler Großkraftwerke besteht für derartige Wärmemengen meist zu wenig Nachfrage, und Wärme über große Entfernungen zu transportieren, ist nicht wirtschaftlich. Großkraftwerke geben diese Wärme meist ungenutzt an die Umwelt ab. Nur Heizkraftwerke mit angeschlossenen Fernwärmenetzen nutzen beide Energieformen.

Um neben dem Strom auch die Wärme nutzen zu können, braucht man kleinere Kraftwerkseinheiten, die dezentral in der Nähe der Wärmeabnehmer arbeiten. Derartige Anlagen fallen unter den Begriff „Kraft-Wärme-Kopplung“ (KWK), weil zu der Nutzung der Brennstoffenergie in Form der Kraft (elektrische Energie) die Nutzung von Wärme hinzukommt. Die Wärme kann nicht nur Gebäude mit Heizwärme und Warmwasser versorgen, sondern auch als Prozesswärme, zur technischen Kälteerzeugung sowie zur Druckluftversorgung eingesetzt werden.

Im Rahmen der Energiewende strebt die Bundesregierung bis 2050 eine annähernde Vollversorgung mit erneuerbaren Energien an. KWK-Anlagen mit ihrer dezentralen Versorgungsstruktur und effizienten Technologie stellen hier einen wichtigen Bestandteil dar. Bis zum Jahr 2020 soll der Stromanteil der KWK auf 25% ausgebaut werden. Zurzeit beträgt er 13%.

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Das KWK-Prinzip

Allgemein spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung, wenn in einem Energieumwandler durch einen chemischen oder physikalischen Prozess Energie frei wird und diese sowohl für mechanische oder elektrische Arbeit als auch für Nutzwärme verwendet wird. Dies ist beim sogenannten Dampfkraftprozess in Kraftwerken der Fall. Aus Brennstoff wird Dampf erzeugt, der eine Dampfturbine mit einem Generator zur Stromerzeugung antreibt. Etwa 60% der eingesetzten ursprünglichen Energie fallen als Abwärme an, die zum Heizen genutzt werden kann.

Das KWK-Prinzip kommt in Blockheizkraftwerken zum Einsatz. Diese unterscheidet man nach ihrer elektrischen Leistung. Sie decken das gesamte Leistungsspektrum von wenigen 100 Watt bis zu mehreren 100 MW ab. Von Kleinstanlagen spricht man bei einer Leistung unter 50 kWel. Diese sind unterteilt in Nano-KWK (0 bis 2,5 KWel ), Mikro-KWK (2,5 bis 20 KWel ) und Mini-KWK (20 bis 50 kWel ). In Ein- und Zweifamilienhäusern kommen vor allem Anlagen unter 5 kWel zum Einsatz.

KWK-Anlagen können entweder nach dem Strombedarf eines Objekts (stromgeführt) oder nach dem Wärmebedarf (wärmegeführt) ausgelegt werden. Die Abstimmung auf den Wärmebedarf ist die häufigste Form und zur Gebäudeversorgung üblich. Dabei arbeitet die KWK-Anlage nur bei Wärmenachfrage und produziert „nebenher“ auch Strom. Eine Orientierung nach dem Strombedarf ist seltener und eher in Produktionsbetrieben zu finden. Meist soll dabei teurer Fremdstrombezug ersetzt werden, bei gleichzeitig bestehender Wärmenachfrage.

Um die Energieeffizienz von KWK-Anlagen zu beschreiben, vergleicht man die Versorgung eines Gebäudes oder einer Anlage mit Strom und Wärme aus KWK mit einer Versorgung aus zwei separaten Systemen (Abb. 3). In diesem Fall müssen die Verbraucher zusätzlich zum Strombezug aus dem zentralen Kraftwerk noch eine Heizanlage vor Ort betreiben. Hierbei gibt es große Umwandlungsverluste. Generell unterscheidet man Blockheizkraftwerke mit Verbrennungsmotoren, Gasturbine, Gas-Dampfmotor, Stirlingmotor oder Brennstoffzelle.

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Links

AGFW
Arbeitsgemeinschaft Fernwärme e.V.

ASUE
Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V.

BDEW
Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

B.KWK
Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.

BHKW-Infozentrum GbR
Ausführliche und aktuelle Informationen zu BHKW und KWK

BINE-Fachbuch

Blockheizkraftwerke
Blockheizkraftwerke nutzen die Energie besonders effizient, weil sie in einem Prozess Strom und Wärme erzeugen. Das Fachbuch stellt die neuen energiepolitischen Zielsetzungen und gesetzlichen Rahmenbedingungen, BHKW-Technik und Betriebskonzepte vor.