Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) verspricht doppelten Nutzen. Diese Kraftwerkstechnik gewinnt in einem Prozess sowohl Strom und Wärme.

Typische Einsatzgebiete von KWK sind: Krankenhäuser, Bürogebäude, Industrie- und Gewerbebetriebe sowie Wohnsiedlungen und Mehrfamilienhäuser.

Die Wärme kann nicht nur zur Gebäudeversorgung mit Heizwärme (Fernwärme) und Warmwasserversorgung, sondern auch als Prozesswärme, zur technischen Kälteerzeugung (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK)) sowie zur Druckluftversorgung eingesetzt werden.

Zunehmend an Bedeutung gewinnen kleinere KWK-Anlagen für die Versorgung einzelner Wohngebiete, bzw. einzelner Mehr- und sogar Einfamilienhäuser, sogenannte Blockheizkraftwerke. Das kleine KWK, das Blockheizkraftwerk (BHKW), wird vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben, kann aber auch Nutzwärme in ein Nahwärmenetz einspeisen. Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, d. h. Diesel- oder Gasmotoren, aber auch Gasturbinen oder  Brennstoffzellen verendet werden. Als Brennstoffenergie können ganz unterschiedliche Stoffe eingesetzt werden: Pflanzenöl, Bioethanol, Heizöl, Erdgas, Kohle, Holz und Stroh, Biogas und Siedlungsabfälle. BHKW`s lassen sich in Kombination mit thermischen Solaranlagen betreiben. Übliche BHKW-Module haben elektrische Leistungen zwischen fünf Kilowatt und fünf Megawatt. Unter 50 kW spricht man auch von Mini-Kraft-Wärme-Kopplung (Mini-KWK), unter 15 kW von Mikro-KWK. Mini- und Mikro-KWK wird in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Betrieben und im Siedlungsbau verwendet. 

Um KWK-Anlagen wirtschaftlich betreiben zu können, sind verschiedene Anforderungen zu erfüllen: Wärmenachfrage und Wärmeangebot müssen räumlich eng beieinander liegen, möglichst das ganze Jahr muss eine Basis-Wärmenachfrage (Grundlast) vorliegen, die Leistung muss sich während des Betriebs schwankender Nachfrage (Teillast) anpassen können und man benötigt spezifisch abgestimmte Aggregate für unterschiedliche Leistungsbereiche. Der eingesetzte Brennstoff sollte umweltfreundlich sein und einen flexiblen Betrieb zulassen.

KWK-Anlagen können entweder nach dem Strombedarf eines Objektes (stromgeführt) oder nach dem Wärmebedarf (wärmegeführt) ausgelegt werden. Die Abstimmung auf den Wärmebedarf ist die häufigste Form und zur Gebäudeversorgung üblich. Dabei arbeitet die KWK-Anlage nur bei Wärmenachfrage und produziert nebenher auch Strom.

Um die Effizienz einer KWK-Anlage zu beschreiben, gibt es bestimmte Kennwerte. Der Gesamtnutzungsgrad bildet den tatsächlichen Betriebsverlauf über ein Jahr ab und berücksichtigt z. B. Verluste im Teillastbetrieb. Der Wirkungsgrad hingegen bezieht sich auf die Summe kurzzeitiger Leistungswerte (z. B. Minutentakt) und berücksichtigt Verluste im Teillastbetreib nicht. Daher liegt der Wirkungsgrad immer höher als der Nutzungsgrad.

Beide Werte können auch jeweils nur für die Stromproduktion oder nur die Wärmeproduktion angegeben werden. Die Stromkennzahl misst das Verhältnis der Stromgewinnung zur Wärmeerzeugung. Aus wirtschaftlichen Gründen wird eine hohe Stromkennzahl angestrebt.