Warum Kraft-Wärme-Kopplung?

Bei der herkömmlichen Stromproduktion in Großkraftwerken bleibt die entstehende Wärmeenergie ungenutzt. Durch die Nutzung elektrischer und thermischer Energie (Kraft-Wärme-Kopplung) erreicht man eine Maximierung des Wirkungsgrades. Hierdurch wird Brennstoff eingespart und unsere Umwelt nachhaltig geschont. Das Leitungsnetz kann beliebig ausgebaut werden und wird durch mehrere Spitzenlast Heizanlagen unterstützt. Die ständig vorhandene Redundanz gewährleiset eine sichere Versorgung mit Wärme.
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Warum Kraft-Wärme-Kopplung?

Bei der herkömmlichen Stromproduktion in Großkraftwerken bleibt die entstehende Wärmeenergie ungenutzt. Durch die Nutzung elektrischer und thermischer Energie (Kraft-Wärme-Kopplung) erreicht man eine Maximierung des Wirkungsgrades. Hierdurch wird Brennstoff eingespart und unsere Umwelt nachhaltig geschont. Das Leitungsnetz kann beliebig ausgebaut werden und wird durch mehrere Spitzenlast Heizanlagen unterstützt. Die ständig vorhandene Redundanz gewährleiset eine sichere Versorgung mit Wärme.

KWK steht für Kraft-Wärme-Kopplung und wird zur Steigerung der Energieeffizienz eingesetzt

KWK ist ein Akronym für Kraft-Wärme-Kopplung, die genutzt wird, um Energie gleichzeitig in elektrische oder mechanische Energie sowie in Nutzwärme umzuwandeln. Die Kraft-Wärme-Kopplung kann mit einer Vielzahl von Methoden durchgeführt werden, wobei sowohl fossile als auch erneuerbare Brennstoffe äußerst effizient eingesetzt werden. Viele KWK-Anlagen arbeiten mit einem Wärmemotor, in seltenen Fällen werden auch Brennstoffzellen eingesetzt. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die von Motoren angetrieben werden, werden oft als Blockheizkraftwerke oder kurz KWK-Anlagen bezeichnet.

 

Der Wirkungsgrad von KWK-Anlagen

Es gibt verschiedene Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung, die sich in Bezug auf die Technologie, die verwendeten Brennstoffe, die Leistung und die Versorgungsaufgaben unterscheiden. KWK-Anlagen bieten eine besonders effiziente Energienutzung, weshalb ihr Ausbau in Deutschland zum Schutz des Klimas gefördert wird. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Große Kraftwerke wie Kohle- und Atomreaktoren werden in der Regel mit Dampfturbinen und nicht mit Kraft-Wärme-Kopplung betrieben, obwohl dies theoretisch denkbar ist. Riesige Kraftwerke produzieren jedoch so viel Wärme, dass es häufig nicht genügend Abnehmer in der näheren Umgebung gibt. Außerdem wird die Temperatur der Abwärme häufig erhöht, was zu einem Rückgang des elektrischen Wirkungsgrads führt. Der Wirkungsgrad bezeichnet den Wirkungsgrad eines Kraftwerks nach Berücksichtigung der Umwandlungsverluste. Es gibt einen Unterschied zwischen dem elektrischen und dem thermischen Wirkungsgrad für Strom und Wärme.

In Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen werden häufig Gasturbinen, Gasmotoren oder dieselgetriebene Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie haben eine elektrische Leistung von einigen hundert Kilowatt bis zu mehreren Megawatt. Die erzeugte Wärme wird häufig direkt in ein Nahwärmenetz eingespeist, das die Häuser mit Heizenergie versorgt. Blockheizkraftwerke haben jedoch auch Nachteile. Zum einen ist der elektrische Wirkungsgrad dieser KWK-Anlagen in der Regel niedriger als der von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken, und zum anderen ist für Zeiten hohen Wärmebedarfs häufig ein so genannter Spitzenlastkessel erforderlich, der die Energieeffizienz der Anlage verringert.

Es gibt auch kleine KWK-Anlagen; Mikro-KWK-Anlagen sind für die Versorgung einzelner Wohngebäude gedacht. Sie werden von Brennstoffzellen, Stirlingmotoren oder Gasmotoren angetrieben. Der elektrische Wirkungsgrad dieser Kleinstanlagen kann relativ gering sein und je nach Art der Anlage zwischen 10% und 30% liegen. Der Vorteil ist, dass diese Art der Kraft-Wärme-Kopplung die gesamte Wärme für ein Wohngebäude liefern kann. Die folgende Tabelle zeigt typische Wirkungsgrade für Anlagen, die sowohl Strom als auch Wärme liefern:

 

AnlagentypElektrischer WirkungsgradThermischer Wirkungsgrad
Kohlekraftwerk40 %40 %
Blockheizkraftwerk mit Gasmotor30 – 40 %50 – 60 %
Mikro-BHKW mit Stirlingmotor10 – 15 %80 %

 

Bei den Statistiken handelt es sich um Durchschnittswerte; in der Realität kann die Effizienz stark variieren.

 

Das KWK-Gesetz fördert die Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung

In Deutschland ist der Übergang zu erneuerbaren Energien und die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft bereits vollzogen, und die Kraft-Wärme-Kopplung dient in dieser Hinsicht als Brückentechnologie. KWK-Anlagen sind effizienter als ungekoppelte Kraftwerke, weshalb sie letztere bis 2030 weitgehend ersetzen sollen. Ziel ist es, die Verwendung fossiler Brennstoffe für Strom und Wärme bis 2050 zu eliminieren. Langfristig können nur noch brennstoffbetriebene Kraftwerke übrig bleiben, die erneuerbare Brennstoffe verwenden und weitgehend treibhausneutral sind. Daher werden in Deutschland hocheffiziente, CO2-arme KWK-Anlagen gefördert. Das grundlegende Gesetz ist das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz von 2002, das Investitionsanreize bietet. Das KWKG regelt die umlagefinanzierten Subventionen für die hocheffiziente kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme. Die bereitgestellten Subventionen wurden mit der Gesetzesnovelle 2016 auf 1,5 Milliarden Euro pro Jahr verdoppelt.

Die Novelle des KWK-Gesetzes enthält verschiedene Ziele. Eines davon ist es, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, indem die Kraft-Wärme-Kopplung mit Gas gefördert wird, das bei der Energieerzeugung besonders wenig CO2 produziert. KWK-Anlagen sollen in Kombination mit Wärmespeichern dazu beitragen, die Energieversorgung flexibler zu gestalten. Um Planungssicherheit zu gewährleisten, wurde die KWK-Förderung bis 2022 verlängert. Darüber hinaus wurden Ausschreibungen für bestimmte Anlagentypen eingeführt. Ein weiteres Ziel der Novelle ist die Harmonisierung der Privilegien von KWKG- und EEG-Umlage. Mit dem KWKG 2019 wurden weitere Anpassungen vorgenommen; so wurden zum Beispiel die Zuschlagssätze für bestehende KWK-Anlagen unter Vorbehalt gesenkt.

 

Kosten und Nutzen der Kraft-Wärme-Kopplung

Im Mai 2015 trat die KWK-Kosten-Nutzen-Vergleichs-Verordnung (KNV-V) auf der Grundlage einer EU-Richtlinie in Kraft. Die Verordnung verpflichtet Betreiber von Strom- oder Wärmeerzeugungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 20 Megawatt, bei einem Neubau oder einer umfassenden Modernisierung eine Kosten-Nutzen-Analyse für die KWK zu erstellen. Diese Verpflichtung gilt auch für den Bau von neuen Fernwärme- und Fernkältenetzen. Wenn der KWK-Kosten-Nutzen-Vergleich zeigt, dass der Einsatz einer hocheffizienten KWK-Anlage die berechneten Gesamtkosten für die Deckung des Strom-, Wärme- und Kältebedarfs senken würde, ist das Ergebnis positiv.

Anlagenbetreiber können beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) eine Bescheinigung beantragen, die für ein Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz erforderlich ist. Dem Antrag sind eine umfassende Beschreibung des Vorhabens und eine Wirtschaftlichkeitsanalyse einschließlich eines Kosten-Nutzen-Vergleichs beizufügen. Auf die Vorlage einer Wirtschaftlichkeitsanalyse wird bei Anlagen verzichtet, die in der Nähe einer nach § 11 des Kohlendioxid-Speichergesetzes genehmigten geologischen Lagerstätte errichtet werden müssen, sowie bei Verbrennungsanlagen zur Stromerzeugung, die über einen Zeitraum von fünf Jahren im Durchschnitt nicht mehr als 1.500 Stunden pro Jahr betrieben werden.

Außerdem müssen die Betreiber einer Anlage, die weniger als zehn Megawatt nutzbare Abwärme liefert oder deren Wärmebedarf weniger als zehn Megawatt beträgt, keine wirtschaftliche Analyse mit einem Kosten-Nutzen-Vergleich für die Kraft-Wärme-Kopplung vorlegen.

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