Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) beschreibt ein Prinzip, mit dem mechanische Energie in elektrische Energie, also in Strom, und in nutzbare Wärme für Heizzwecke oder für Produktionsprozesse gewonnen wird. Die bei der Stromerzeugung entstandene Nutzwärme verpufft nicht ungenutzt, sondern wird ausgekoppelt und als wertvoller Energieträger genutzt.
Das Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
Die Kraft-Wärme-Kopplung verläuft nach folgendem Prinzip: Mit Hilfe einer Verbrennungskraftmaschine wird ein Generator angetrieben, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Auf diese Weise entsteht Wärme, die nicht ungenutzt verloren geht, sondern beispielsweise über einen Wärmetauscher zur Bereitung von Heizwasser oder zur Erwärmung von Brauchwasser verwendet wird.
Als Verbrennungskraftmaschine stehen konventionelle Technologien zur Verfügung, beispielsweise der von Kraftfahrzeugen bekannte Verbrennungsmotor sowie die Dampf- und die Gasturbine. Sie werden ergänzt durch neuere Technologien, nämlich durch die Brennstoffzelle oder den Stirlingmotor. Unterschiede zwischen den einzelnen Verbrennungskraftmaschinen bestehen vor allem hinsichtlich der Art der Abwärme. Die Gasturbine arbeitet in einem höheren Temperaturbereich, wodurch Wärme durch Abgase entsteht. Anders verhält es sich bei Verbrennungsmotoren, bei denen der größte Teil der Abwärme ins Kühlwasser abgegeben wird. Daraus resultieren unterschiedliche Anwendungsbereiche. Während die Gasturbine in der Industrie zur Gewinnung von Prozesswärme eingesetzt wird, eignen sich Motorenanlagen vor allem als stromerzeugende Heizung für die Regulierung von Raumtemperaturen und zur Gewinnung von Brauchwärme.
Wo die Kraft-Wärme-Kopplung verwendet wird
Die Kraft-Wärme-Kopplung kann durch unterschiedliche Technologien realisiert werden mit dem Ergebnis, dass durch eine dezentrale Nutzung Elektrizität und Wärme bereitgestellt werden. Dabei handelt es sich um ein Brennstoffverfahren, das unter anderem in einem Blockheizkraftwerk zum Einsatz kommt. Der äußerst geringe Brennstoffbedarf macht die Kraft-Wärme-Kopplung zu einem sehr umweltfreundlichen Verfahren, und darüber hinaus werden durch den verringerten Brennstoffbedarf die Schadstoffemissionen stark reduziert. Um ihren Ausbau zu beschleunigen, wird die Investition in ein Blockheizkraftwerk durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) vom Bund und auch auf regionaler Ebene gefördert.
Das Spektrum der elektrischen und thermischen Leistung von mit der Kraft-Wärme-Kopplung betriebenen Anlagen reicht von einigen Kilowatt bis zu mehreren hundert Megawatt. Und so gibt es Blockheizkraftwerke in unterschiedlichen Größen, die einem Mikro-Blockheizkraftwerk in Ein- und Zweifamilienhäusern bis zu großen Industrieanlagen reichen. Zunehmend gewinnt das Blockheizkraftwerk als stromerzeugende Heizung für Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser, Kleinbetriebe und Hotels an Bedeutung, zumal kleine Anlagen gerade mal die Größe einer Waschmaschine haben. Die durch das BHKW erzeugte elektrische Energie wird für den Eigenbedarf genutzt, während der Saldo in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, wofür eine Einspeisevergütung gezahlt wird.
Die Komponenten der Kraft-Wärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk
Ein Blockheizkraftwerk besteht aus verschiedenen Komponenten. Dazu gehören eine Verbrennungskraftmaschine , bei der es sich um Motoren, Gasturbinen oder eine Brennstoffzelle handeln kann, die dazu dienen, den Generator zum Zweck der Stromerzeugung anzutreiben. Für die stromerzeugende Heizung bedarf es außerdem eines Wärmetauschersystems, um die durch den Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung entstandenen Abgase oder die Motorwärme rückzugewinnen und sie als für die Erwärmung von Brauchwasser oder Heizwärme zu nutzen. Verschiedene elektrische Schalt- und Steuereinrichtungen für das Kraftmanagement sowie hydraulische Einrichtungen zur Verteilung der Wärme unterstützen den Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung, wobei bei die stromerzeugende Heizung zumeist durch einen Wärmespeicher oder einen Spitzenkessel ergänzt wird.