Kraft-Wärme-Kopplung

Der Begriff Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet die kombinierte Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie, also von Strom und Wärme. Anders als bei der getrennten Erzeugung, die mit teils großen Energieverlusten verbunden ist, überzeugt die Kraft-Wärme-Kopplung durch eine sehr hohe Effizienz, die sich in einem geringeren Brennstoffverbrauch, niedrigeren Treibhausgas-Emissionen und einer höheren Wirtschaftlichkeit niederschlägt.

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird die Energie dezentral erzeugt, meist direkt am Ort des Verbrauchs. Anders als ein Großkraftwerk, welches als Knotenpunkt in einer zentralen Energieversorgungs-Infrastruktur fungiert und diese mit der Energie speist, kann die Energieerzeugung bei der Kraft-Wärme-Kopplung komplett unabhängig vom öffentlichen Netz erfolgen. Das erhöht die Versorgungssicherheit, denn die Erzeugungskapazitäten werden gestreut.

Die Grundkomponenten eines BHKW sind ein Motor, ein Generator, ein Wärmetauscher sowie die Steuerung und Regelung. Hinzu kommen im Regelfall noch zusätzliche Komponenten wie Abgassysteme, Zuluft- und Ablufteinrichtungen etc. Die genaue Ausstattung hängt vom individuellen Anwendungsfall ab.

Der Verbrennungsmotor treibt den Generator an, der somit Elektrizität erzeugt. Die bei der Verbrennung des Treibstoffs im Verbrennungsmotor entstehende Wärme wird nicht – wie z. B. beim Automobil – ungenutzt über die Kühleinrichtungen entsorgt, sondern über den Wärmetauscher dem Heizungsnetz zur Verfügung gestellt. Somit werden bis zu 98 % der eingesetzten Energie genutzt, und zwar in Form von Strom und Wärme.

Blockheizkraftwerke können jedoch nicht nur Heizwärme oder warmes Wasser bereitstellen: Auch die Erzeugung von Prozesswärme ist über Wasserdampf, Heißluft oder Thermalöl möglich. Diese findet insbesondere in industriellen Produktionsverfahren Verwendung.

In motorenbetriebenen Blockheizkraftwerken gilt im Allgemeinen: Je größer das BHKW bzw. dessen elektrische Leistung, umso höher in der Regel der elektrische Wirkungsgrad.

Blockheizkraftwerke können sowohl mit fossilen als auch mit regenerativen Kraftstoffen betrieben werden. Flüssigbrennstoffe wie Heizöl, Pflanzenöl oder Biodiesel werden in einem Dieselmotor eingesetzt. Gasförmige Stoffe wie Erdgas, Flüssiggas und Biogas (sowie sogenannte Schwachgase, die nur einen geringen Anteil an brennbarem Methan aufweisen, etwa Klär-, Deponie- oder Grubengas) werden in einem Ottomotor, Zündstrahlmotor oder einer Gasturbine verwendet.

Im Rahmen der fortschreitenden Energiewende ruhen große Hoffnungen auf Wasserstoff als komplett klimaneutralem Energieträger. Dieser wird zum Beispiel aus überschüssigem Wind- und Sonnenstrom gewonnen. KWK Anlagen von 2G sind schon heute dazu in der Lage, 100 % Wasserstoff in Strom und Wärme umzuwandeln.

KWK-Anlagen gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen: Das Produktangebot von 2G umfasst Lösungen von 20 bis 4.500 kW und deckt somit ein breites Anwendungsspektrum ab. Da jedes 2G Blockheizkraftwerk individuell an seinen Anwendungsbereich angepasst und als Teil einer Gesamtlösung geplant wird, spielen Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen hierbei von Beginn an eine zentrale Rolle.

BHKW können sowohl wärme- als auch stromgeführt betrieben werden. Bei der stromgeführten Betriebsweise orientieren sich die Auslegung und der Betrieb des BHKWs am Strombedarf, bei der Wärmeführung ist die benötigte Wärme die Orientierungsgröße. Weitere Energiebedarfe wie z. B. Kälte können bei Bedarf ebenfalls mit abgedeckt werden.

Das Ziel ist in der Regel eine konstant hohe Auslastung der Maschine, und damit eine möglichst vollständige Ausnutzung der vorhandenen Produktionskapazitäten. Im Rahmen des Ausbaus der erneuerbaren Energien, die natürlichen Kapazitätsschwankungen unterliegen, wird jedoch die Bereitstellung flexibel abrufbarer Regel- und Ausgleichskapazitäten immer wichtiger – und genau dies kann die Kraft-Wärme-Kopplung leisten.

Der Kern eines Blockheizkraftwerks ist ein Hubkolbenmotor. Ob die Kraft-Wärme-Kopplung als erneuerbare Energie zählt, hängt somit vom Brennstoff ab.

Fakt ist jedoch: Selbst beim Einsatz fossiler Brennstoffe wie Erdgas ist die Effizienz wesentlich höher als bei der konventionellen Energieerzeugung. Und auf Deponien und in Kläranlagen lassen sich die unweigerlich entstehenden, schädlichen Gase zur Energieerzeugung nutzen und so der Umwelt entziehen – ein doppelter Gewinn.

So trägt die Kraft-Wärme-Kopplung bereits heute zu einer signifikanten Senkung der Treibhausgasemissionen bei – und durch die Möglichkeit der unkomplizierten Umrüstung eines 2G BHKWs auf Wasserstoff sind die Weichen für einen komplett klimaneutralen Betrieb bereits heute gestellt. Fazit: Die KWK ist somit viel mehr als eine Brückentechnologie – sie ist das Rückgrat der Energiewende.