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Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bedeutet die gleichzeitige Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme zu Heizzwecken. Dieses Grundprinzip wird in sogenannten Blockheizkraftwerken (BHKW) genutzt.

Ein BHKW besteht im Wesentlichen aus Motor, Generator und Wärmetauscher. Der Motor stellt die Antriebsmaschine dar, die den Generator antreibt. Der Generator erzeugt dann Strom, ähnlich wie der Dynamo an einem Fahrrad. Der Strom kann selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. Der Motor gibt seine Wärme an einen inneren Kühlkreislauf ab, der wiederum über einen Wärmetauscher seine Wärme an ein Heizsystem überträgt. Der Antriebsmotor besteht meist aus einem Verbrennungsmotor, der mit Diesel, Erdgas, Flüssiggas oder Biokraftstoffen betrieben werden kann.

In konventionellen Kraftwerken wird die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme nicht genutzt. Diese Kraftwerke haben in der Regel einen Wirkungsgrad von etwa 30 bis 35%. Das bedeutet, dass etwa zwei Drittel des eingesetzten Brennstoffs in Form von ungenutzter Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Die Kraft-Wärme-Kopplung nutzt den eingesetzten Brennstoff zu rund 90%.

BHKW gibt es beginnend von wenigen Kilowatt Leistung bis hin zu mehreren Megawatt. Die sogenannten Mini-BHKW, die im privaten Wohnungsbau oder in kleineren Gewerbebetrieben eingesetzt werden können, sind nicht größer als ein üblicher Heizungskessel. Moderne Heizkessel sind wesentlich billiger als ein BHKW und haben einen Nutzungsgrad von bis zu 96%. Allerdings wird hier die eingesetzte Primärenergie ausschließlich in Wärme umgewandelt.

Beim BHKW werden rund 90% der eingesetzten Primärenergie in elektrischen Strom und Wärme umgewandelt. Der elektrische Strom stellt hier die kostbarere Energie dar, die bezogen auf die Kilowattstunde auch einen höheren Preis hat als die Kilowattstunde Wärme, die aus Öl oder Gas gewonnen wird. Der höhere Preis für ein BHKW kann sich wirtschaftlich nur über eine möglichst große Menge an erzeugtem Strom rechnen. Um die gleiche Menge an Nutzenergie bereitzustellen, müssten bei konventioneller Strom- und Wärmeerzeugung ca. 60% mehr Primärenergie eingesetzt werden.

Sinnvolle Anwendungsfälle für BHKW sind größere Wohngebäude oder Mehrfamilienhäuser, Hotels, Gaststätten und Gewerbebetriebe. Idealerweise sollte auch im Sommer eine gewisse Wärmemenge benötigt werden, zum Beispiel für eine Warmwasserbereitung, ein Schwimmbad oder eine Klimatisierung mithilfe von Absorptionswärmepumpen (Erzeugung von Kälte mithilfe von Wärme wie zum Beispiel beim gasbetriebenen Campingkühlschrank).

Der Sinn des Einsatzes eines BHKW: Wenn es in Betrieb ist, erzeugt es gleichzeitig Strom und Wärme. Das bedeutet: Beide Energien müssen im Moment ihrer Erzeugung von den Verbrauchern abgenommen werden. Beim Strom ist dies immer gegeben, da der Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.

Das bedeutet: Das BHKW ist nur dann in Betrieb, wenn gewährleistet ist, dass die Wärme von den Verbrauchern abgenommen wird. Man spricht in diesem Fall von einer wärmegeführten Betriebsweise.

 

Bild 1: Kraft-Wärme-Kopplung

 

Bild 2: Konventionelle Strom- und Wärmeerzeugung

Sparen mit Solarenergie

Das Standardwerk zum Thema von Joachim Kind, erschienen beim Verlag Akademische Arbeitsgemeinschaft.

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