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Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet die gleichzeitige Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie in einem Prozess, bei dem der verwendete Brennstoff annähernd optimal ausgenutzt wird. KWK-Anlagen setzen je nach Technologie zwischen 70% bis 90% der Brennstoffenergie in elektrischen Strom und nutzbare Wärme um. Diese ist im Gegensatz zu den herkömmlichen Kraftwerken (Atom, Kohle, etc.) mit einer Energieeffizienz von 30% - 50% um einiges höher. KWK-Anlagen können mit vielerlei Brennstoffen betrieben werden, etwa 90 % der KWK-Anlagen werden jedoch mit Erdgas oder Biogas betrieben. Die Verfügbarkeit der KWK-Anlagen ist je nach Technologie und Einsatz gut bis sehr gut und liegt bei über 90%. Durch den hohen Gesamtwirkungsgrad wird zur Erzeugung von Strom und Wärme im Gegensatz zu den konventionellen Kraftwerken der Brennstoffeinsatz deutlich verringert.

Durch den hohen Gesamtwirkungsgrad können die Energiekosten je nach Standort sehr stark reduziert werden. Zwar erhöht sich der Brennstoffverbrauch durch die KWK-Anlage am Standort, da die KWK Anlage ständig laufen muss, er sinkt aber bezogen auf die ganze Erzeugungskette und damit auch die CO2 Emissionen. Als Faustregel gilt: die KWK-Anlage sollte etwa 5.000 Betriebsstunden pro Jahr oder ca. 14–16 Betriebsstunden pro Tag laufen, um wirtschaftlich zu sein. Das hängt insbesondere von den Bedingungen vor Ort und den Energiebezugskosten ab. Kürzere Amortisationszeiten, z.B. 2 - 3 Jahre, können immer dann erreicht werden, wenn ein ganzjähriger Wärmebedarf vorliegt.

Einsatzgebiete der KWK:

Schwimmbäder → Dauerhafter Bedarf an Wärme z.B. für Warmwasser

Krankenhäuser → 24 Stunden Betrieb, permanenter Bedarf an Wärme durch hohe Raumtemperaturen und Warmwasser

Altenheime → dauerhafter Bedarf an Warmwasser und hohen Raumtemperaturen

Hotels → hoher Komfortanspruch, häufig mit Schwimmbädern oder Saunen mit langen Betriebszeiten

Industriebetriebe → immer dort, wo viel Wärme benötigt wird.

Konzepte der Auslegung:

Wärmegeführt:

Der Wärmeenergie der KWK-Anlage ist in jedem Augenblick der Wärmelast gleich (ohne die Kapazität des KWK-Systems zu übersteigen). Wenn die Menge des generierten Stroms höher ist als der Bedarf, wird der überschüssige Strom ins Netz eingespeist. Erzeugt die KWK-Anlage weniger Strom als benötigt, wird der Rest des benötigten Stroms dazugekauft.

Stromgeführt:

Die erzeugte Strom ist in jedem Augenblick des Strombedarfs gleich (ohne die Kapazität des KWK-Systems zu übersteigen). Wenn der KWK-Wärmebedarf niedriger als der Wärmebedarf ist, ergänzt ein Spitzenkessel den Bedarf. Wenn mehr Wärme erzeugt wird, als gebraucht wird, gibt es mehrere Möglichkeiten die Wärme zu verwenden, z.B. kann die Wärme genutzt werden, um Kälte herzustellen, oder diese Wärme wird mit Hilfe eines Kühlturms einfach weggekühlt.

Technologien

Motor

Die wohl verbreiteste Art ein BHKW zu betreiben ist der Verbrennungsmotor. Etwa 90 % der Motoren werden als Erdgas oder Biogasmotoren betrieben. Der typische Gesamtwirkungsgrad von Gasmotoren liegt bei 80-90 %, mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 30%-40% und einem thermischen Wirkungsgrad von 42% - 55%. Der Rest sind Verluste von 10%-20%.

Weitere Informationen finden Sie in der Broschüre des Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (B.KWK): Kraft-Wärme-Kopplung, Chance für Wirtschaft und Umwelt.

Multimedia Dateien:

Infografik "Das KWK-Prinzip" - © 2014 Heinz Ziegeldorf, Agenda 21 Treffpunkt

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