Kraft-Wärme-Kopplung – effektiv und effizient

Unter Kraft-Wärme-Kopplung versteht man die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie, die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizung oder Produktionsprozesse.

In den meisten Fällen stellen KWK-Kraftwerke Fernwärme für die Heizung öffentlicher und privater Gebäude bereit, oder sie versorgen als Industriekraftwerk Betriebe, z. B. in der chemischen Industrie, mit Prozesswärme. Die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung wird dabei weitgehend vermieden. Zunehmend an Bedeutung gewinnen kleinere KWK-Anlagen für die Versorgung einzelner Wohngebiete, bzw. einzelner Mehr- und sogar Einfamilienhäuser, sogenannte Blockheizkraftwerke.

 

Das Spektrum der elektrischen und thermischen Leistung von KWK-Anlagen reicht von wenigen Kilowatt bis zu mehreren hundert Megawatt. Seit dem Jahr 2000 kommen zunehmend waschmaschinengroße, so genannte Mini- und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen auf den Markt. Diese sind für den Einsatz in Einfamilienhäusern, Wohngebäuden, kleineren Gewerbebetrieben und Hotels konzipiert. Die mit 700 MW elektrischer Leistung zurzeit größte KWK-Anlage Europas steht in England. Damit stehen heute für das gesamte Spektrum des Wärmebedarfs KWK-Lösungen zur Verfügung.

 

Im Gegensatz zu Wärmekraftwerken, die nur auf Stromproduktion ausgelegt sind, wird bei KWK-Anlagen durch die gleichzeitige Abgabe von Strom und Wärme ein Nutzungsgrad von bis zu 95 % erreicht. Wärmekraftwerke erreichen zwischen 30 % und – in der Form von Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken – mehr als 57 %. Durch KWK kann also deutlich Brennstoff eingespart werden, wenn Abnehmer der Wärme zur Verfügung stehen, z.B. in Form eines Fernwärmenetzes. Im Vergleich zu den derzeit besten Technologien der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme erzielen KWK-Anlagen je nach Versorgungssituation Primärenergieeinsparungen von 10 % bis über 30 %.

 

Oftmals wird die Effiziens eines BHKW allerdings dadurch verringert, dass kein Abnehmer für die Wärme vorhanden ist. Eine Lösung für dieses Problem bietet die Technik der Abwärmeverstromung mittels des ORC-Prozesses, durch den der elektrische Wirkungsgrad des BHKW um ca. 20 % erhöht werden kann. Der ORC-Prozess (Organic-Rankine-Cycle) - „organischer Rankine Kreisprozess” - ist ein thermodynamischer Prozess, in dem an Stelle von Wasser ein niedrig siedender, organischer Stoff als Arbeitsmedium zirkuliert. Dies kann bereits bei Temperaturen ab 100° Celsius und einem Druck weit unter 20 bar geschehen, um maximale elektrische Arbeit aus dem ORC-Prozess auszukoppeln.