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Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung

Erzeugt eine Anlage gleichzeitig Strom und Wärme, ist von einer sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) die Rede. Sollte dieser Vorgang nicht im Heizkraftwerk, sondern in einer kompakten Anlage stattfinden, spricht man von einem Blockheizkraftwerk (BHKW). In KWK-Anlagen wird die Abwärme zunächst über Wärmetauscher abgekoppelt. Abwärme kann man als ein Abfallprodukt der Stromerzeugung sehen. Die ausgekoppelte Abwärme wird dann als Nutzenergie bereitgestellt. Der Verbraucher erhält diese nun über Wärmenetze und kann sie zum Heizen nutzen. Statt mehrerer einzelner Heizungsanlagen übernimmt eine Heizzentrale die Wärmeerzeugung. Dieses Prinzip ist weit verbreitet, denn die zeitgleiche Nutzung von Wärme und Strom bedeutet eine bis zu 90-prozentige Nutzung der Primärenergie inklusive Schonung von Ressourcen. Die von den Heizkraftwerke erzeugte Wärme muss von einen Fernwärmenetz verteilt und zu den Gebäuden gebracht werden. Eine Vielzahl dieser Netze sind in Deutschland vorhanden. Da ein Neubau sehr teuer ist, werden heute kaum noch neue Netze aufgebaut. In der Regel werden die bestehenden Fernwärmenetze erweitert. Besteht noch kein Netz wird ein Nahwärmenetz aufgebaut und durch ein Blockheizkraftwerk versorgt. In den letzten Jahren wurde die Technologie der Blockheizkraftwerke wesentlich verbessert. Hier sind es besonders die Gasmotoren die heute höhere elektrische Wirkungsgrade, bessere Abgaswerte und geringere Wartungskosten haben. Aber auch die anderen Blockheizkraftwerkarten werden ständig weiterentwickelt.

Blockheizkraftwerke sind:

  • Motor-BHKW
  • Gasturbinen-BHKW
  • Dampfturbinen
  • Stirling-BHKW
  • Dampfmotoren
  • Brennstoffzellen-BHKW

Bei der Stromerzeugung in konventionellen Kraftwerken wird die eingesetzte Primärenergie - Kohle, Öl oder Erdgas - nur zu einem kleinen Teil genutzt. So hat ein modernes Kohlekraftwerk einen Wirkungsgrad von ungefähr 40% - 45%, ein Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (GuD) erreicht bis zu 60 %. Die übrigen 40% der eingesetzten Energie werden in Wärme umgewandelt und gehen verloren. Sie verpufft geradezu ohne Nutzen durch den Schornstein oder wird zusammen mit dem Kühlwasser in fließende Gewässer geleitet. Eine unsinnige Verschwendung, denn Wärme wird gebraucht: In privaten Haushalten zum Heizen und für die Warmwasserbereitung, in der Industrie für zahlreiche thermische Prozesse. Während die Abwärme aus dem Kraftwerk vernichtet wird, wird andernorts Nutzenergie durch Verbrennung fossiler Rohstoffe erzeugt.

Typen von Blockheizkraftwerken

Motor-BHKW

Beim Motor-Blockheizkraftwerk wird ein Generator in der Regel über einen Diesel-, Gas- bzw. Biogasmotor angetrieben. Sowohl in den Abgasen des Motors als auch im Kühlwasser ist Wärme enthalten, die für Heizzwecke genutzt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken, bei denen die Abwärme bei der Stromerzeugung ungenutzt verpufft, wird sie in Motor-BHWK genutzt. Das führt zu einer spürbaren Erhöhung des Energienutzungsgrads im Gesamtprozess. Auch werden die bei der Energieumwandlung entstehenden CO2-Emissionen um bis zu 30% reduziert.

Gasturbinen-BHKW

Als Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen in der Industrie kommen häufig Gasturbinen zum Einsatz. Entscheidend sind dabei die höheren Temperaturen für unterschiedliche Industrieprozesse. Es besteht eine flexible Einsatzmöglichkeit der Anlagen, die sich aus einer Kombination mit Dampfturbine und Abhitzekessel ergibt. Einsetzbar sind die Anlagen jedoch erst bei sehr langen Betriebszeiten (Zwei-Schichtbetrieb bzw. Drei-Schichtbetrieb) sowie bei höheren Leistungen von mehr als 10 MW.

Brennstoffzellen-BHKW

Brennstoffzellen kehren den Prozess der Elektrolyse um und setzen Wasserstoff und Sauerstoff in einer kalten Verbrennung zu Wasser um. Es handelt sich um sehr effiziente elektrochemische Energiewandler, bei diesem Prozess entstehen Strom und Wärme. Brennstoffzellen sind eine Alternative für die Stromproduktion und die KWK. Gründe dafür sind die hohen elektrischen Wirkungsgrade sowie niedrige Schadstoffemissionen. Sechs unterschiedliche Brennstoffzellen-Typen, die sich hinsichtlich ihrer Betriebstemperaturen und ihrer Anforderungen an das Brenngas unterscheiden, sowie der modulare Aufbau der Brennstoffzellen eröffnen ein breites Anwendungsspektrum von der portablen Stromversorgung über KFZ-Antriebe und Hausenergie-Versorgungssysteme bis hin zu Kraftwerken im Megawatt-Bereich.

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