AnwendungS-BEREICHE

Die Kombination von KWK-Anlagen mit Wärmspeichern ermöglicht eine sichere und von der Wärmenachfrage unabhängig Stromerzeugung. Diese Eigenschaften von KWK-Systemen ermöglichen für die Netzbetreiber Abregelung und ReDispatch und vermeiden dadurch hohe Kosten. In kalten Wintermonaten mit hoher Wärme- und Stromnachfrage decken KWK-Anlagen Lastspitzen ab.

Dezentralität als zentraler Aspekt der Energieversorgungssicherheit

Zentraler Aspekt einer Energieversorgung durch KWK-Anlagen ist die Dezentralität. Aus zwei Gründen führen führt er zu einer besseren Systemsicherheit gegenüber zentralen Systemen: Durch geringere Ausgleichslastflüsse bei Engpässen in den Verteilnetzen und durch eine stabile Systemstützung im untergeordneten Verteilnetzbereich, wenn übergeordnete Kuppelstellen zu vorgelagerten Netzteilen getrennt werden müssen. Ein Inselbetrieb und ein dezentraler Netzaufbau sind ohne vorgelagertes Netz möglich. Eine Kombination aus KWK-Anlagen und Batteriespeichern erhöht die Sicherheit zusätzlich und optimiert die Wirtschaftlichkeit der Anlagen. Die durch die dezentrale Verteilung von KWK-Anlagen erreichte hohe Systemverfügbarkeit vermindert deutlich die Gefahr so genannter Großstörungen. Weil KWK-Anlagen verbrauchs- und lastnah einspeisen, verringern sie auch die Nutzung vorgelagerter Stromnetze. Sie sind damit auch ein zentrales Element für die Versorgungssicherheit. Außerdem werden dadurch auch Netznutzungsentgelte vermieden.

Optimal ist der modulare Aufbau eines KWK-Systems. Das Beispiel Küstenkraftwerk Kiel zeigt wie hocheffizient CO2-Emissionen eingespart werden können. Statt eines früheren großen Erzeugungsblocks werden nun 20 Motoren mit insgesamt 190 Megawatt (MW) elektrischer KWK-Leistung und entsprechendem Speicher betrieben. Die 20 Motoren können bei Abruf innerhalb von fünf Minuten von 0 auf 190 MW hochgefahren werden. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass bei nur geringer Stromanforderung nicht ein großer Block ineffizient in Teillast fährt, sondern das modular aufgebaute Kraftwerk mit nur wenigen Einheiten betrieben wird, die dann aber jeweils für sich mit Nennleistung und somit im hohen Effizienzbereich laufen. Damit zeigen sich KWK-Anlagen als verlässlicher Partner einer erneuerbaren Energieversorgung.

Kraft-Wärme-Kopplung in der kommunalen Wärmeversorgung

Wärmenetze sind für die erneuerbare Wärmewende ein entscheidendes Instrument. Nur sie können insbesondere in dicht besiedelten Gebieten und in Ballungsräumen zuverlässig erneuerbare Wärme liefern und in die bestehende Wärmeversorgung integriert werden. KWK-Anlagen können Wärmenetze mit erneuerbarer Wärme beliefern und – einmal angeschlossen – zusätzlich Bedarfsspitzen beim Strom abdecken. Damit bilden sie die Klammer, die Strom- und Wärmesektor verbinden.

Schon heute werden bis zu 58 Millionen Tonnen CO2-Emissionen jährlich durch den Einsatz der KWK vermieden. Da kommunale Unternehmen oftmals Betreiber von KWK-Anlagen sind, sind sie maßgeblich an der Einsparung von CO2 durch den Betrieb hocheffizienter KWK-Anlagen beteiligt. Mehr als 40 Prozent ihrer Stromerzeugungskapazitäten sind KWK-Anlagen, die ihre Wärme in die kommunalen Wärmenetze einspeisen. Die kommunalen Unternehmen leisten damit einen kosteneffizienten Beitrag zum Klimaschutz vor Ort.

Für eine möglichst klimaschonende Wärmeversorgung urbaner Ballungsräume sind auch mit fossilen Energieträgern betriebene hoch-effiziente KWK-Anlagen auf absehbare Zeit unverzichtbar. KWK-Anlagen können zudem mit biogenen Brennstoffen und synthetischem Gas betrieben werden. Somit wird die KWK langfristig einen Platz in einer weitgehend treibhausgasneutralen Energieversorgung haben.

Kraft-Wärme-Kopplung in der Objekt- und Quartiersversorgung

Wärmenetze integrieren perspektivisch eine Vielzahl von Wärmequellen – von hocheffizienten KWK-Anlagen über erneuerbare Energien bis hin zur Abwärme – in die Wärmeversorgung.

Jüngste Ereignisse haben die Energiepreise explodieren lassen. Hocheffiziente Technologien wie die Kraft-Wärme-Kopplung nutzen Primärenergie effizienter als herkömmliche Energieerzeuger und somit einen größeren Teil der Primärenergie in Nutzenergie umwandeln als in der ungekoppelten.

Deshalb kommen in Projekten zu Modernisierung von Gebäuden und zur Erschließung von Effizienzpotenzialen durch Energiedienstleistungsunternehmen (Contracting) dezentrale BHKW zum Einsatz. Neben der Primärenergie können so auch erhebliche Energiekosten durch die Eigenerzeugung von Strom eingespart werden.

Für Bauherren und Planer sind KWK-Anlagen eine verlässliche, gleichzeitig innovative Technologie, um energiesparende Energieversorgungslösungen zu ermöglichen. Als systemoffene Lösung bietet KWK beste Voraussetzungen zur Integration erneuerbarer Energien. Denn KWK bietet sich immer dann an, wenn herausfordernde Primärenergiefaktoren gefragt sind – für die Versorgung von Quartieren und Stadtteilen ebenso an wie für kleinere Gebäudezusammenhänge. Je kleiner die zu versorgende Fläche, desto höher die Investitionskosten der Energieinfrastruktur pro m² der Gebäudenutzfläche. Daher ist gerade bei kleineren Versorgungseinheiten von zentraler Bedeutung, dass das optimale Energiekonzept auch zu tragbaren Kosten umgesetzt werden kann und eine professionelle Anlagenführung nach der Inbetriebnahme gewährleistet ist. Direktstromangebote – oft auch unter Mieter- oder Eigenstrom bekannt – können die Wirtschaftlichkeit weiter optimieren. Kunden profitieren von wettbewerbsfähigen Grund- und Arbeitspreisen der Wärme und Stromversorgung.

Bei einem iKWK-System werden fossil betriebene KWK-Anlagen mit erneuerbaren Wärmequellen (z.B. Solarthermie) und elektrischen Wärmeerzeugern (z.B. Power-to-Heat-Anlage) verbunden. Durch die Verknüpfung der drei Wärmeerzeuger kann flexibel auf die aktuelle Verfügbarkeit von (erneuerbarem) Strom, den Wärmebedarf und ggf. die Erfordernisse des Stromnetzes (Netzstabilität) beispielsweise in einem städtischen Quartier reagiert werden.

Kraft-Wärme-Kopplung für industrielle Prozesswärme

Blockheizkraftwerke (BHKW) beliefern nicht nur Quartiere und Objekte mit Strom und Wärme, sie können auch für Prozesswärme in der Industrie eingesetzt werden. Für diesen Zweck stehen BHKW-Anlagen mit einer Leitung von mehreren Megawatt Leistung zur Verfügung.

Statt Wärme und Strom können BHKW zum Beispiel auch Wärme und Druckluft erzeugen. Mit einem Kraft-Wärme-Kopplungs-Kompressor – kurz: KWK-Kompressor – geschieht das besonders effizient. Dieses Prinzip kommt vor allem für solche Betriebe infrage, die einen ganzjährigen Wärmebedarf haben und außerdem Druckluft für ihre Produktionsprozesse nutzen.

Dabei wird der Verbrennungsmotor des BHKW direkt an die Druckluftschraube gekoppelt. Die mit Erdgas oder Bio-Erdgas produzierte Druckluft lässt sich sogar in einem geschlossenen Kreislauf recyclen und so noch effizienter nutzen. Mit der Kombination aus BHKW und KWK-Kompressor lassen sich bis zu zwei Drittel Primärenergie einsparen, entsprechend verringern sich Energiekosten und CO2-Ausstoß.

Falls im Betrieb kein ganzjähriger Wärmebedarf besteht, kann über die Kopplung des BHKW mit Adsorptionskältemaschinen auch Kälte produziert werden.

Kraft-Wärme-Kopplung im Gewerbe

Bereits in kleinen Gewerbeeinheiten können BHKW Energiekosten erheblich senken. Der Einsatz eines dezentralen BHKW führt gegenüber einer herkömmlichen Gas-Niedertemperaturheizung zu einer Energiekosteneinsparung von bis zu 36 Prozent. Eine BHKW-Anlage ist innerhalb weniger Tage installiert, der Wartungsaufwand gering. Für die optimalste Nutzung der Wärme wird das BHKW oft in ein bestehendes Heizsystem integriert und mit Warmwasser- und Wärmespeicher kombiniert.

Ziel ist es zumeist, die Grundlast der/in der Wärmeerzeugung abzudecken oder mindestens 4.000 Betriebsstunden im Jahr zu erreichen. Besonders wirtschaftlich arbeiten BHKW dann, wenn sie mit 4.500 oder mehr Betriebsstunden im Jahr gefahren werden. Bedarfsspitzen decken modular zuschaltbare konventionelle Heizgeräte ab,  zum Beispiel klassische Erdgas-Brennwertkessel.