Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung gehört zwar nicht zu den erneuerbaren Energien, ist aber eine energieeffiziente Technik und wird deshalb an dieser Stelle vorgestellt. Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie in einer Anlage. Die bei der Erzeugung von Strom entstehende Abwärme wird in KWK-Anlagen nicht als Verlust an die Umwelt abgegeben, sondern für die Beheizung von Gebäuden oder für Produktionsprozesse genutzt. Die gleichzeitige Strom- und Wärmeproduktion ermöglicht eine Brennstoffeinsparung von bis zu einem Drittel der Primärenergie, verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. KWK-Anlagen verwerten die eingesetzte Energie daher besonders effizient und leisten einen Beitrag zum Klimaschutz.

Gallerie

Auf Basis der Kraft-Wärme-Koppelung arbeiten sowohl große Heizkraftwerke mit elektrischen Leistungen von einigen hundert Megawatt als auch kleinere Blockheizkraftwerke (BHKW) im Kilowattbereich, die einzelne Gebäude und Betriebe versorgen.

Heizkraftwerke
Die meisten Heizkraftwerke nutzen Dampfkraftprozesse zur Stromerzeugung. Durch die Verbrennung von fossilen oder biogenen Brennstoffen in einem Dampfkessel wird Wasser bei hohem Druck in Dampf umgewandelt. Der Wasserdampf treibt Dampfturbinen an, die mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden sind. Bei der konventionellen Stromerzeugung wird der Wasserdampf in den Turbinen dabei entspannt, das bedeutet, sein Druck reduziert sich, er kühlt stark ab und wird anschließend in einem Kondensator wieder zu Wasser verflüssigt. Die dabei entstehende Abwärme wird über einen Kühlturm in die Umgebung entlassen.

Heizkraftwerke auf KWK-Basis entspannen den Dampf in den Turbinen bei der Stromproduktion nur auf ein bestimmtes Mindestdruck- und Mindesttemperaturniveau. Der noch heiße Dampf wird dann kondensiert, wobei Kondensationswärme frei wird, die als Fernwärme zu den Verbrauchern gelangt. Alternativ kann ein Teil des heißen Dampfes direkt aus dem Turbinenprozess entnommen und zur Fernwärmeproduktion eingesetzt werden. Der restliche Dampf durchläuft die Turbine dann auf herkömmliche Weise. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere, wenn der Wärmebedarf gering ist oder stark schwankt. Bei beiden Methoden sinkt die Stromausbeute des Kraftwerks.

Blockheizkraftwerke
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind kompakte KWK-Anlagen mit geringeren Leistungen als Heizkraftwerke, die meist am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben werden. Sie eignen sich für Ein- und Mehrfamilienhäuser, Krankenhäuser, Schwimmbäder, Hotels sowie Industrie- und Gewebebetriebe. Die auch als stromerzeugende Heizung bezeichneten Geräte stellen neben Strom gleichzeitig Wärme zur Gebäudebeheizung und zur Trinkwassererwärmung bereit. BHWK nutzen unterschiedliche Motortypen und Brennstoffe, um einen Generator anzutreiben, der Strom erzeugt. Zum Einsatz kommen Otto- oder Dieselmotoren, Stirlingmotoren, Dampfmotoren aber auch Gasturbinen. Die Motoren arbeiten mit allen gängigen Brennstoffen, wie Diesel, Heizöl, Erdgas, Flüssiggas sowie Klär- und Deponiegas. Besonders umweltfreundlich sind BHWK die regenerative Brennstoffe, wie Biogas, Pflanzenöl, Holzhackschnitzel oder Holzpellets nutzen.

BHKW sind in unterschiedlichen Größen erhältlich und werden nach ihrer elektrischen Leistung eingeteilt. Eine offizielle, von allen anerkannte Kategorisierung der BHKW-Leistungsbereiche gibt es nicht. Kleine Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 2,5 Kilowatt (kW) werden in der Regel als Nano-BHKW, Geräte bis 10 kW oder bis 20 kW als Mikro-BHKW und bis 50 kW als Mini-BHKW bezeichnet. Geräte mit einer elektrischen Leistung über 50 kW nennt man Groß-BHKW.

Brennstoffzellenheizgeräte
Brennstoffzellenheizgeräte sind Nano- oder Mikro-BHKW, die Wärme und Strom nicht wie viele herkömmliche BHKW mit einem Motor, sondern durch eine elektrochemische Energiewandlung erzeugen. Die elektrische Leistung der auf dem Markt erhältlichen Geräte liegt zwischen 0,3 kW und 5,0 kW, die thermische Leistung zwischen 0,6 kW und 7,5 kW. Durch die geringe thermische Leistung eignen sie sich besonders für Niedrigenergiehäuser und energetisch sanierte Bestandsgebäude mit niedrigem Raumwärmebedarf.

Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung

  • Umwelt- und klimafreundlich
  • CO₂-emissionsarm
  • Ressourcenschonend
  • Einsparung von Primärenergie

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