Kraft-Wärme-Kopplung
Unter der Kraft-Wärme-Kopplung wird die Erzeugung von mechanischer Energie (Kraft) und Wärme verstanden, die bei einem stattfindenden thermodynamischen Prozess (einer Verbrennung) gleichzeitig entstehen. Dabei wird die mechanische Energie normalerweise dazu genutzt, einen Generator zur Stromerzeugung anzutreiben.
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Funktionsweise der Kraft-Wärme-Koppelung
Bei Großanlagen werden dabei heiße Abgase und erzeugter Wasserdampf über Turbinen geführt. Auf deren gemeinsamer Achse sitzt dann auch der Generator. Die noch zur Verfügung stehende Abwärme wird Heizungsanlagen zugeführt. Bei Großanlagen werden dabei ganze Stadtteile, Großabnehmer der Industrie oder auch öffentliche Gebäude wie Schulen, Krankenhäuser etc. versorgt. Man spricht dann entweder von Industriekraftwerken (wenn Prozesswärme für die Industrie zur Verfügung gestellt wird) oder von Heizkraftwerken (wenn Wärme für die Heizung von öffentlichen oder privaten Gebäuden genutzt wird.)
KWK-Anlagen haben sehr hohe Gesamtwirkungsgrade und bei Großanlagen ist die Nutzung des Prinzips Stand der Technik. 2016 gab es knapp 500 KWK-Großanlagen in Deutschland, (von denen jedoch einige wegen des geplanten Kohleausstiegs stillgelegt wurden).
KWK-Anlagen sind gerade für dezentrale Anwendungen geeignet, wenn ganze Stadtteile oder Stadtviertel mit Fernwärme versorgt werden. Angesichts der Möglichkeit, KWK-anlagen auch mit Biogas oder Wasserstoff zu betreiben, werden sie auch als Möglichkeit zur Unterstützung hin zur klimaneutralen Energieversorgung propagiert.
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung ist seit Jahren auch ein Thema für private Anwendungen in Mehrfamilienhäusern oder mittelständischen Unternehmen. Es gibt seit Jahren auch kompaktere Anlagen, BHKWs, die das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung nutzen.
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Kraft-Wärme-Kopplung bei BHKWs und Anwendungsbereiche
Auf dem Markt sind Blockheizkraftwerke mit unterschiedlichsten Leistungsangeboten, die wie hier in der Übersicht zu sehen, je nach Leistung eingeteilt werden:
| Großanlage BHKW | >50 kW Leistung |
| Mini-BHKW | < 50 kW Leistung |
| Mikro-BHKW | < 10 kW Leistung |
| Nano-BHKW | < 2,5 kW Leistung |
Der Nutzung eines BHKW in Ein- oder Mehrfamilienhäusern ist also mit Nano- oder Mikro-BHKW möglich. Allerdings ist gerade in neuen Einfamilienhäusern der Wärmebedarf so gering, dass BHKW nicht unbedingt ratsam sind, weil selbst bei einem Nano-BHKW zu viel Wärme produziert wird.
Dagegen sind BHKW in Mehrfamilienhäusern durchaus sinnvoll, als ungefähre Richtschnur gilt, dass sie sich ab einem Wärmebedarf von rund 35 Megawattstunden (MWh) lohnen. Gerade durch die zentrale Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern kann eine ganzjährige Wärmeabnahme garantiert werden. Ein möglichst groß ausgelegter Pufferspeicher ist zudem unabdingbar.
Hervorragend geeignet sind BHKW dagegen für alle Immobilien, in denen gleichzeitig ein hoher Wärme- und Strombedarf anfällt, also etwa Gewerbe wie Bäckereien, Krankenhäuser, größere Hotels oder Schwimmbäder.
BHKW
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Antriebe und Brennstoffe für BHKW
Das Prinzip Kraft-Wärme-Kopplung kann mit unterschiedlichsten Aggregaten umgesetzt werden. Neben BHKWs, die Verbrenner-Motoren nutzen, sind auch Modelle mit Stirling-Motoren oder Brennstoffzellen auf dem Markt.
Auch bei den Brennstoffen für den Betrieb von BHKW ist fast alles möglich. Neben Heizöl oder Diesel können Motoren mit Erdgas oder Biogas betrieben werden, aber ebenso mit Pellets oder Abfällen.
Unabhängig vom Brennstoff sind BHKW hocheffizient und können erheblich zum Einsparen von Primärenergie beitragen.
Kraft-Wärme-Kältekopplung oder KWKK
Ein wirtschaftlicher Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplung setzt eine sehr hohe Anzahl von Nutzungsstunden im Jahr voraus. Mit KWKK-Anlagen wird dieses Ziel deutlich leichter erreicht. Dabei wird ein BHKW mit einer Adsorptions- oder Absorptionsanlage kombiniert, sodass Strom, Wärme und Kälte gleichzeitig produziert werden können. Diese Kombination ist nicht nur für Anwendungsbereiche wie Krankenhäuser oder kleinere Industrieanlagen sinnvoll. Angesichts des Klimawandels und zu erwartender häufiger Hitzesommer ist auch die Klimatisierung von Bürogebäuden oder Mehrfamilienhäusern denkbar.
Fazit
Die Nutzung des Prinzips der Kraft-Wärme-Kopplung sorgt für sehr hohe Gesamtwirkungsgrade bei Blockheizkraftwerken. Bei Anwendungen ab einem Wärmebedarf von 40 MWh können BHKW auch wirtschaftlich betrieben werden. Für Einfamilienhäuser sind BHKW, auch Nano-BHKW, angesichts der hohen Investitionskosten eher keine gute Lösung.
Fernwärme
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