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KWK – Kraft-Wärme-Kopplung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

24.08.2020

Letztes Update

08.04.2022

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  • KWK – Kraft-Wärme-Kopplung

KWK – Definition Kraft-Wärme-Kopplung, KWK-Anlagen und Infos zum KWK-Gesetz

Inhalt des Wiki-Artikels

KWK – Kraft-Wärme-Kopplung für mehr Energieeffizienz

KWK steht als Abkürzung für Kraft-Wärme-Kopplung, mit Hilfe derer Energie gleichzeitig in elektrische oder mechanische Energie und nutzbare Wärme umgewandelt wird. Eine Kraft-Wärme-Kopplung kann durch verschiedene Technologien verwirklicht werden, sowohl fossile als auch erneuerbare Brennstoffe werden so besonders effizient genutzt. Viele KWK-Anlagen basieren auf einer Wärmekraftmaschine, teils werden aber auch Brennstoffzellen eingesetzt. Motorisch betriebene Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen werden auch Blockheizkraftwerk, kurz BHKW, genannt.1

KWK-Anlagen und ihr Wirkungsgrad

Kraft-Wärme-Kopplung wird in diversen Anlagen betrieben, die sich hinsichtlich ihrer Technik, den eingesetzten Brennstoffen, ihrer Leistung und ihren Versorgungsaufgaben unterscheiden. KWK-Anlagen ermöglichen eine besonders effiziente Nutzung von Energie, deshalb wird ihr Ausbau im Sinne des Klimaschutzes in Deutschland gefördert. Maßgeblich sind das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sowie das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG).2

Großkraftwerke wie Kohlekraft- und Kernkraftwerke werden zumeist mit Dampfturbinen und ohne Kraft-Wärme-Kopplung betrieben, obwohl dies prinzipiell möglich ist. Doch Großkraftwerke erzeugen derart große Mengen an Wärmeleistungen, dass es in der Regel kaum ausreichend Abnehmer in der Umgebung gibt. Außerdem muss die Temperatur der Abwärme häufig noch erhöht werden, was eine Verringerung des elektrischen Wirkungsgrads zur Folge hat. Der Wirkungsgrad gibt die Höhe der Effizienz eines Kraftwerks unter Berücksichtigung von Umwandlungsverlusten an. Unterschieden wird nach Kraft und Wärme in einen elektrischen und einen thermischen Wirkungsgrad.

Blockheizkraftwerke arbeiten für gewöhnlich mit Gasturbinen, einem Gas- oder einem dieselgetriebenen Verbrennungsmotor. Sie generieren eine elektrische Leistung von wenigen Hunderten Kilowatt bis hin zu mehreren Megawatt. Die erzeugte Wärme wird häufig direkt in ein Nahwärmenetz eingespeist, das Gebäude mit Heizwärme versorgt. Aber Blockheizkraftwerke haben auch Nachteile: Zum einen fällt der elektrische Wirkungsgrad dieser KWK-Anlagen meist deutlich niedriger als der von fossil befeuerten Kraftwerken aus, zum anderen muss oft ein sogenannter Spitzenlastkessel für Zeiten mit hohem Wärmebedarf eingesetzt werden, der sich negativ auf die Energieeffizienz der Anlage auswirkt.

KWK-Anlagen gibt es auch im kleinen Maßstab, zur Versorgung einzelner Wohnhäuser sind Mikro-Blockheizkraftwerke gedacht. Betrieben werden sie mit Brennstoffzellen, Stirling- oder Gasmotoren. Der elektrische Wirkungsgrad dieser Mikro-Anlagen ist teils sehr niedrig, abhängig vom Anlagentyp liegt er üblicherweise zwischen 10 und 30 Prozent. Von Vorteil ist, dass die gesamte Heizwärme für ein Wohnhaus über diese Art der Kraft-Wärme-Kopplung gewonnen werden kann. Typische Wirkungsgrade für Anlagen, die Strom und Wärme liefern, zeigt die folgende Tabelle auf:

Anlagentyp Elektrischer Wirkungsgrad Thermischer Wirkungsgrad
Kohlekraftwerk 40 % 40 %
Blockheizkraftwerk mit Gasmotor 30 – 40 % 50 – 60 %
Mikro-BHKW mit Stirlingmotor 10 – 15 % 80 %

 

Bei den Angaben handelt es sich um durchschnittliche Werte, in der Praxis kann der Wirkungsgrad deutlich abweichen.3

Förderung von Kraft-Wärme-Kopplung laut KWK-Gesetz

Die Wende hin zu erneuerbaren Energien sowie die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft sind in Deutschland bereits beschlossene Sache, dabei ist die Kraft-Wärme-Kopplung eine Brückentechnologie. KWK-Anlagen sind effizienter als Kraftwerke, die ungekoppelt Energie erzeugen, deshalb sollen sie jene bis zum Jahr 2030 großteils ersetzen. Geplant ist, dass bis 2050 keine fossilen Brennstoffe mehr für den Strom- und Wärmesektor genutzt werden. Langfristig gesehen bedeutet das, dass lediglich brennstoffbetriebene Anlagen Bestand haben werden, die erneuerbare Brennstoffe nutzen und weitgehend treibhausneutral sind. Deshalb werden hocheffiziente und CO2-arme KWK-Anlagen in Deutschland gefördert. Grundlegend ist das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz von 2002, das Anreize für Investitionen schafft. Im KWKG ist die umlagefinanzierte Förderung für die gemeinsame Erzeugung von Strom und Wärme mit hoher Effizienz geregelt. Die vorgesehenen Fördermittel wurden mit der Novellierung des Gesetzes 2016 auf 1,5 Milliarden Euro pro Jahr verdoppelt.

Die Novelle des KWK-Gesetzes beinhaltet verschiedene Zielsetzungen, unter anderem soll ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden, indem Kraft-Wärme-Kopplung mit Gas gefördert wird, die bei der Energieerzeugung besonders wenig CO2 verursacht. In Verbindung mit Wärmespeichern sollen KWK-Anlagen dazu beitragen, die Energieversorgung flexibler zu gestalten. Um Planungssicherheit zu gewährleisten, wurde die KWK-Förderung bis 2022 verlängert. Darüber hinaus wurden für bestimmte Anlagentypen Ausschreibungen eingeführt. Ein weiteres Ziel der Novelle ist, die Privilegierungen der KWKG- und der EEG-Umlage zu harmonisieren.4 Weitere Anpassungen erfolgten mit dem KWKG 2019, zum Beispiel wurden Zuschlagssätze für bestehende KWK-Anlagen unter Vorbehalt gesenkt.

Kosten und Nutzen von Kraft-Wärme-Kopplung

Im Mai 2015 ist die KWK-Kosten-Nutzen-Vergleich-Verordnung (KNV-V) auf Grundlage einer EU-Richtlinie in Kraft getreten. Die Verordnung verpflichtet Betreiber von Strom- oder Wärmeerzeugungsanlagen mit Feuerungswärmeleistung über 20 Megawatt dazu, bei einem Neubau oder umfangreicher Modernisierung eine Kosten-Nutzen-Analyse zur Kraft-Wärme-Kopplung zu erstellen. Auch bei der Errichtung neuer Fernwärme- und Fernkältenetze gilt diese Verpflichtung. Ergibt der KWK-Kosten-Nutzen-Vergleich, dass durch den Einsatz einer hocheffizienten KWK-Anlage die berechneten Gesamtkosten zur Deckung des Bedarfs an Strom, Wärme und Kälte niedriger ausfallen würden, ist das Ergebnis positiv. Beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) können Anlagenbetreiber ein Testat beantragen, das für ein Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz erforderlich ist. Dem Antrag müssen eine umfassende Beschreibung zum Vorhaben sowie eine Wirtschaftlichkeitsanalyse inklusive Kosten-Nutzen-Vergleich beigefügt werden. Von der Vorlagepflicht einer Wirtschaftlichkeitsanalyse wird bei Anlagen abgesehen, die nahe einer geologischen Speicherstätte verwirklicht werden müssen, die nach dem Paragrafen 11 des Kohlendioxid-Speicherungsgesetzes zugelassen ist, und bei Feuerungsanlagen zur Stromerzeugung, die über einen Zeitraum von fünf Jahren im Durchschnitt nicht mehr als 1500 Stunden jährlich in Betrieb sind. Auch Betreiber von einer Anlage, die weniger als zehn Megawatt nutzbare Abwärme liefert oder deren Wärmenachfrage unter zehn Megawatt liegt, müssen keine Wirtschaftlichkeitsanalyse mit Kosten-Nutzen-Vergleich zur Kraft-Wärmekopplung einreichen.

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