Was ist Kraft-Wärme-Kopplung? Effiziente Energieproduktion für Gebäude und Fernwärmenetze

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Kombiniertes Energiemanagement auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung ist eine moderne Lösung, mit der sich gleichzeitig elektrischer Strom und Wärme erzeugen lassen. Mit Kraft-Wärme-Kopplung können nicht nur die Kosten für Gebäudeheizung und elektrischen Strom gesenkt werden. Die Energie kann auch umweltfreundlich mit hoher Effizienz erzeugt werden.

Steigende Energiekosten zwingen die Unternehmen, wesentlich stärker auf ihre Kostenstruktur zu achten. Auch das gestiegene Umweltbewusstsein in der Gesellschaft beeinflusst die Einstellung der Unternehmen zum Energieverbrauch. Deren Bemühungen um Einsparungen und laufende Verbesserung der Energieeffizienz treffen auf grössere Beliebtheit alternativer Energien wie Sonne, Wind, Wasser, Biomasse sowie einen ökonomischeren Umgang mit fossilen Brennstoffen. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Energieerzeugung mit Blockheizkraftwerken stark an Bedeutung, denn sie bringt sowohl ökonomische als auch aus ökologische Vorteile.

Wie funktioniert Kraft-Wärme-Kopplung?

Kombiniertes Energiemanagement auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung bedeutet, dass mit nur einem Gerät gleichzeitig elektrischer Strom und Wärme erzeugt werden. Hierfür werden so genannte Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt.
Hauptelement eines Blockheizkraftwerks ist ein hocheffizienter Gasmotor, der einen Generator antreibt und so Strom erzeugt. Die Abwärme des Motors und der Abgase werden über Wärmetauscher zurückgewonnen und als Heizwärme genutzt. Die Wärme kann über ein Wärmenetz an verschiedene Kunden verteilt und für die Heizung oder die Warmwasserbereitung verwendet werden.
Eine Heizzentrale mit Kraft-Wärme-Kopplung kann somit einen Teil der benötigten Wärmeenergie eines Gebäude liefern und gleichzeitig elektrischen Strom erzeugen. Durch kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme werden Energieverluste minimiert und die Primärenergie des Treibstoffs weitestgehend ausgenutzt. So sind Wirkungsgrade von fast 90 Prozent möglich.

KWK-Anlagen
Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung in Blockheizkraftwerken zur doppelten Nutzung von Primärenergie:
Ein Motor treibt einen Generator an, die Abwärme wird als Heizwärme genutzt.

Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung – Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit

Die kombinierte Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Primärenergie als eine getrennte Erzeugung. Für die Erzeugung der gleichen Mengen elektrischer Energie und Wärme wird weniger Brennstoff verbraucht als bei getrennter Erzeugung. Mit Kraft-Wärme-Kopplung wird der Brennstoff also effizienter eingesetzt und die reduzierten Kohlendioxid-Emissionen verbessern das Image eines Unternehmens.

Die Integration eines Blockheizkraftwerks in eine bestehende Heizanlage senkt zudem die elektrischen Betriebskosten. Es muss weniger elektrischer Strom eingekauft werden, Netzgebühren und andere Abgaben werden erlassen, das Preisrisiko sinkt etc. Außerdem kann ein Blockheizkraftwerk als Notstromaggregat eingesetzt werden und somit die Ausfallsicherheit erhöhen.
Unternehmen, die in Kraft-Wärme-Kopplung investieren, kommen in den Genuss zusätzlicher Einnahmen aus Förderung dieser Anlagen (Zertifikate, Steuerbefreiungen, Investitionszulagen, kostenlose Treibhausgasemissionszertifikate usw.). Investitionen kleiner und mittelgrosser Unternehmen in Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung werden in vielen Ländern der EU durch Förderprogramme unterstützt.

PowerBloc-Blockheizkraftwerke

PowerBloc-Blockheizkraftwerke sind ein Beispiel für Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung. Sie bestehen aus Verbrennungsmotor, Generator, Wärmetauscher und Fernsteuerungssystem. PowerBloc-Blockheizkraftwerke gehören zur Kategorie von Anlagen zur dezentralen Stromerzeugung. Sie erzeugen elektrischen Strom und Wärme nahe beim Verbraucher. Nur so lassen sich sehr hohe Primärenergie-Wirkungsgrade von bis zu 90% erzielen. Konventionelle Grosskraftwerke erreichen im Vergleich dazu nur Primärenergie Wirkungsgrade zwischen 30 und 50%. Der Rest geht als Abwärme verloren. PowerBloc-Blockheizkraftwerke nutzen die Abwärme beispielsweise für die Heisswasserbereitung oder als Prozesswärme für Industrieanlagen. Die erzeugte elektrische Energie wird direkt im Gebäude verbraucht oder kann oft gegen Bezahlung ins öffentliche Netz eingespeist werden.

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Dank ihres hohen Wirkungsgrades sparen PowerBloc-Blockheizkraftwerke nicht nur Energie. Durch die effizientere Nutzung der Ressourcen sinken auch die Kohlendioxid-Emissionen ganz erheblich. So stösst ein mit Erdgas betriebenes Blockheizkraftwerk fast 60% weniger Kohlendioxid aus. Und Blockheizkraftwerke von Hoval können auch mit Biogas betrieben werden.
Egal, ob das Blockheizkraftwerk Wärme und elektrischen Strom für ein Mehrfamilienhaus, eine ganze Wohnanlage oder einen Industriebetrieb produzieren soll: PowerBloc-Blockheizkraftwerke für den Betrieb mit Erdgas oder Biogas gibt es ein einem sehr grossen elektrischen Leistungsbereich zwischen 43 und 532 kW und mit thermischen Leistungen zwischen 65 und 687 kW.

Zusammenfassung

Aufgrund der modularen Konfiguration von Systemen für die Kraft-Wärme-Kopplung, der Verfügbarkeit der Anlagen, der umfangreichen Anwendungsmöglichkeiten, der einfachen Brennstoffversorgung und des relativ hohen Wirkungsgrads sind gasbetriebene Blockheizkraftwerke die effizientesten Anlagen für die Umwandlung der in den Brennstoffen enthaltenen Primärenergie in elektrischen Strom und Wärme. Sie ermöglichen Einsparungen von bis zu 30 Prozent der Primärenergie im Vergleich zu getrennter Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom.
Blockheizkraftwerke werden insbesondere in der Industrie gerne für Einzeleinrichtungen mit relativ geringem Leistungsbedarf verwendet. Sie ersetzen dort die im Heizungsraum erzeugte beziehungsweise aus dem Netz bezogene Wärme und den eingekauften Strom. Blockheizkraftwerke können somit in der verarbeitenden Industrie einen erheblichen Anteil des Dampfs, des Heißwassers und der Heißluft für technologische Zwecke, Heizung und Kühlung beisteuern und einen großen Teil des Strombedarfs abdecken.

Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mit Kraft-Wärme-Kopplung hängt von der richtigen Anpassung auf das Gebäude ab, um so ein Maximum der erzeugten Energie zu nutzen. Hierzu muss die Wärmeleistung der Blockheizkraftwerke im Bezug zum Wärmebedarf des Gebäudes korrekt ermittelt werden.
Hoval entwickelt verschiedene Szenarien und erstellt detaillierte Rentabilitätsberechnungen, die auf aktuellen Rahmenbedingungen basieren. Für mögliche Investoren ist dies ein besonders wichtiger Aspekt. Wenn Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen gut geplant sind, senken sie die Energiekosten und tragen zu geringeren Emissionen, insbesondere von Kohlendioxid, bei.

PS: Die Bundesregierung hat sich in ihrem Energiekonzept anspruchsvolle energiepolitische Ziele gesetzt. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann einen beträchtlichen Beitrag zur Erreichung dieser Ziele leisten und wird deswegen gefördert. Mehr Infos gibt es beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.

Autor
Westreicher Urs
 
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