Kraft-Wärme-Kopplung und Mini-Blockheizkraftwerke

Konventionelle Kraftwerke

In konventionellen Kraftwerken zur Stromerzeugung wird die eingesetzte Energie – Kohle, Öl oder Erdgas – nur zu einem kleinen Teil genutzt. So hat ein modernes Kohlekraftwerk einen Wirkungsgrad von ungefähr 40% bis 45%, ein Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (GuD) erreicht bis zu 55%. Der restliche Anteil der eingesetzten Energie – immerhin 45% bis 60% – wird in Wärme umgewandelt und geht verloren: Ungenutzt verpufft sie durch den Schornstein oder wird mit dem Kühlwasser in die Flüsse abgeführt.


Abbildung 1: Stromerzeugung im Kraftwerk: 45% – 60% Verluste

Eine unsinnige Verschwendung, denn Wärme wird gebraucht: In privaten Haushalten zum Heizen und für die Warmwasser-Bereitung, in der Industrie für zahlreiche thermische Prozesse. Während die Abwärme aus dem Kraftwerk vernichtet wird, wird andernorts Nutzenergie durch Verbrennung fossiler Rohstoffe erzeugt.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gekoppelte Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme. In Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen wird die Abwärme, das „Abfallprodukt“ der Stromerzeugung, über Wärmetauscher ausgekoppelt und als Nutzenergie bereitgestellt. Über Wärmenetze kann sie an einzelne Verbraucher verteilt und zum Heizen genutzt werden. So ersetzt eine Heizzentrale die Wärmeerzeugung in vielen einzelnen Heizungsanlagen. Das Prinzip der KWK wird bereits vielfach in Heizkraftwerken realisiert. Durch die gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme werden zirka 80% der Primärenergie genutzt und so Ressourcen geschont.

Abbildung 2: Strom- und Wärmeerzeugung im Heizkraftwerk: ca. 20% Verluste

Mini-Blockheizkraftwerke (Mini-BHKW)

Durch die Entwicklung von kleinen Blockheizkraftwerken (BHKW) und Mini-Blockheizkraftwerken (Mini-BHKW) wurde die KWK auch für kleinere Objekte erschlossen, die nicht an ein Nah- oder Fernwärmenetz angeschlossen sind, denn sie versorgen kleinere Liegenschaften dezentral mit Wärme und Strom.
Mini-BHKW sind kleine, kompakte, anschlussfertige Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Der Motor, der Generator zur Stromerzeugung und die Wärmetauscher zur Auskopplung der Nutzwärme sind in einem Block montiert, der als kom¬pakte Einheit einschließlich der Systemsteuerung geliefert wird. Sie werden als Seriengeräte industriell gefertigt und müssen am Aufstellort nur noch angeschlossen werden. Ihre Leistung beträgt typischerweise bis 20 kWelektrisch bzw. 40 kWthermisch. Damit eignen sie sich für den Einsatz in Mehrfamilienhäusern, Schulen und Hotels, für kleine Verwaltungs¬gebäude, Gewerbebetriebe und andere Einrichtungen. Da Strom und Wärme dezentral dort erzeugt werden, wo sie auch genutzt werden, treten nur minimale Übertragungsverluste auf.

 

Abbildung 3: Dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung mit Mini-BHWK: ca. 10% Verluste

Umweltschutz durch KWK

Der wesentliche Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung, ob im großen Heizkraftwerk oder im Mini-BHKW, liegt in der effizien¬ten Ausnutzung des Brennstoffes. Der Wirkungsgrad eines BHKW liegt bei 85% – 95%, da die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme nicht als Verlust auftritt, sondern als Heizenergie verwendet wird. Daher kann der Einsatz von Energieträgern zur Bereitstellung von Strom und Wärme durch Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen um rund ein Drittel verringert werden. Durch die Einsparung an Brennstoff werden auch die Emissionen von CO2 und anderen Schadstoffen beträchtlich vermindert. KWK ist daher ein geeignetes Instrument zur Reduzierung der CO2-Emissionen.
Baden-Württemberg hat sich im Rahmen seines Energiekonzepts 2020 das Ziel gesetzt, den Anteil der Stromversor¬gung von heute 10% auf 20% im Jahr 2020 auszubauen. Dabei misst die Politik der KWK eine wachsende Bedeutung zu, was sich nicht zuletzt in der Förderung innerhalb des KWK-Gesetzes und des BAFA ausdrückt. Das CO2-Einspar-Potenzial durch KWK, das durch Mini-BHKW erschlossen werden könnte, ist beträchtlich: Rund ein Drittel des Primärenergiebedarfs in Deutschland entfällt auf die Bereiche Raumheizung und Warmwasser. In einem durchschnittli¬chen privaten Haushalt werden über 70% der verbrauchten Energie fürs Heizen verwendet. Diese Zahlen machen deut¬lich, dass rationeller Energieeinsatz auch im privaten Bereich einen großen Beitrag zum Umweltschutz leisten kann.

Perspektiven

Mini-BHKW sind ein wichtiger Baustein beim Aufbau dezentraler und umweltschonender Energieversorgungsstrukturen. Mehrere Faktoren können dazu beitragen, dass Mini-BHKW in Zukunft einen größeren Stellenwert für die Wärme- und Stromversorgung einzelner Gebäude und Gebäudekomplexe einnehmen:

  • Viele Heizungsanlagen sind veraltet, häufig sind sie zwanzig Jahre und älter. Meist halten diese Anlagen zwar die gemäß 1. BImSchV geforderten Emissionsgrenzwerte ein. Doch der Abgasverlustwert, den der Schornsteinfeger ermittelt, stellt nur einen Teil der gesamten Anlagenverluste dar. Auch Abstrahlungs-verluste, Bereitschaftsverluste sowie hohe Vorlauftemperaturen senken den Jahresnutzungsgrad des Wärmeerzeugers wesentlich. Mit modernen Wärmeerzeugern lassen sich diese Einbußen zum Teil deutlich minimieren.
  • Die Energieeinsparverordnung wird den zulässigen Primärenergieverbrauch für Neubauten einschränken. Neben verbesserter Wärmedämmung und Solarenergienutzung werden besonders sparsame Heizungsanlagen eine wichtige Rolle spielen, da diese mit verhältnismäßig geringem finanziellen Aufwand den Gesamtenergiebedarf vermindern.
  • Die Reduzierung des Kohlendioxid-Ausstoßes wird – angesichts der Klimaveränderungen – immer dring¬licher. Mini-BHKW bieten dem Einzelnen eine Möglichkeit, in seinem privaten Wohnbereich zum Klimaschutz beizutragen. Bundesumweltministeriums weiter verbessert worden. Bisher als unwirtschaftlich verworfene Projekte können dadurch die Wirtschaftlichkeit erreichen.
  • Durch den Betrieb von Mini-BHKW zur Hausenergieversorgung wird weitere Betriebserfahrung unter verschiedensten realistischen Bedingungen gewonnen. Dadurch wird ihr Einsatz weiter optimiert werden können. Gut geplante, zuverlässig und wirtschaftlich laufende Anlagen regen zur Nachahmung an!
  •  Mini-BHKW werden ständig weiterentwickelt. Insbesondere das Brennstoffzellen-Mini-BHKW stößt auf großes Interesse, sowohl für den Erdgasbetrieb als auch im Hinblick auf eine denkbare zukünftige solare Wasserstoffwirtschaft.
  • Für die im Erneuerbare Wärmegesetz Baden-Württemberg (EwärmeG) und dem Erneuerbare Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) des Bundes festgeschriebene Nutzung erneuerbarer Energie zur Gebäude-beheizung gilt die Wärmeerzeugung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen als statthafte Ersatzmaßnahme.
  • Die bestehenden – aber oftmals nicht ausreichenden – finanziellen Fördermöglichkeiten für Mini-BHKW sind zum 1.1.2009 mit dem novellierten KWK-Gesetz und dem Förderprogramm für Mini-BHKW des Bundesumweltministeriums weiter verbessert worden. Bisher als unwirtschaftlich verworfene Projekte können dadurch die Wirtschaftlichkeit erreichen.

 

 

 

Aktuell sind 18 Gäste und keine Mitglieder online

Newsletter

Kostenlos Abonieren