KWK Anlagen - Strom und Wärme in einem Prozess

KWK steht für Kraft-Wärme-Kopplung. Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem sowohl Strom als auch Wärme in einem einzigen Prozess erzeugt werden. Anstatt die Wärme, die bei der Stromerzeugung entsteht, ungenutzt zu lassen, wird sie z.B. zum Heizen von Gebäuden verwendet. Durch die Nutzung der bei der Stromerzeugung entstehenden Wärme kann KWK – bei passender Auslegung und Laufzeit – die eingesetzte Energie besser ausnutzen und so den Brennstoffbedarf im Vergleich zu getrennter Strom- und Wärmeerzeugung reduzieren helfen.

Ein gutes Beispiel zur Veranschaulichung des KWK-Prinzips ist ein Auto. Der Treibstoff wird im Motor in Bewegungsenergie umgewandelt, um das Auto anzutreiben. Gleichzeitig kann die dabei entstehende Wärme zum Heizen des Innenraums genutzt werden. Ähnlich arbeiten KWK-Anlagen wie Brennstoffzellenheizungen und Blockheizkraftwerke (BHKW). Sie produzieren sowohl Wärme für Heizung und Warmwasser als auch Strom für den Haushalt.

KWK-Systeme können – abhängig von Anlage, Auslegung und Betriebsweise – hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen, weil Strom und Wärme gleichzeitig genutzt werden. Je nach Brennstoff, Auslegung und Laufzeit kann KWK die eingesetzte Energie besser nutzen und – bei hohem Eigenstromverbrauch – die laufenden Energieausgaben entlasten. Zudem kann die Eigenstromproduktion – je nach Laufzeit und Eigenverbrauchsanteil – den Bezug von Netzstrom reduzieren und so Preisschwankungen teilweise abfedern. Überschüssiger Strom kann sogar ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) können durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme eine hohe Energieausnutzung erreichen. Die Kosten für solche Anlagen können je nach Technologie und Größe stark variieren. Bei der Nutzung von Erdgas als Brennstoff ist beispielsweise ein Gasanschluss erforderlich, der zwischen 1.500 und 3.000 Euro kosten kann. Wenn Flüssiggas oder Heizöl als Brennstoff gewählt wird, sind Tanks notwendig, die jeweils zwischen 2.500 und 3.500 Euro kosten. Die Verwendung von Pellets als Brennstoff kann sogar Kosten zwischen 3.000 und 5.000 Euro verursachen, da zusätzliche Lager- und Fördertechnik benötigt wird. Die Anschaffungskosten der KWK-Anlage selbst hängen stark vom gewählten System ab. Während ein BHKW oder Stirling-Gerät zwischen 15.000 und 20.000 Euro kosten kann, liegen die Kosten für Brennstoffzellen heute je nach Modell häufig bei 25.000 bis 35.000 Euro. Die Betriebskosten setzen sich aus Heizkosten und den Vergütungen oder Einsparungen der Stromerzeugung zusammen, wobei diese je nach energetischem Stand des Gebäudes und der Effizienz der KWK-Anlage variieren können. Trotz der hohen Anschaffungskosten können je nach Programmstand und Voraussetzungen Förderangebote in Deutschland die Investition in KWK-Anlagen erleichtern. Je nach Programm und Voraussetzungen können Zuschüsse, steuerliche Vergünstigungen oder ein KWK-Zuschlag für selbst erzeugten Strom in Frage kommen. Es ist ratsam, vor einer Investition eine detaillierte Analyse und Beratung in Anspruch zu nehmen, um die tatsächlichen Kosten und potenziellen Einsparungen zu ermitteln.

Brennstoffzellen-Heizungen gelten als moderne Technologie, die – bei passender Auslegung – ein Gebäude effizient mit Wärme versorgen kann. Sie sind nicht nur in der Lage, Wärme zu erzeugen, sondern generieren gleichzeitig auch Strom. Branchenangaben zufolge sind in Deutschland noch viele ältere Heizkessel im Einsatz, die je nach Zustand und Einstellung mehr Energie benötigen als moderne Systeme. Ein Austausch älterer Systeme durch eine moderne Brennstoffzellen-Heizung kann – je nach Gebäude, Ausgangsanlage und Energiepreisen – die Heiz- und Stromkosten spürbar entlasten. Durch die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme direkt am Verbrauchsort kann eine Brennstoffzellen-Heizung – je nach Ausgangsanlage, Energiepreisen, Laufzeit und Eigenstromnutzung – die jährlichen Energiekosten reduzieren helfen.

Vor einigen Jahren waren die Kosten für Brennstoffzellen-Heizungen noch erheblich höher. Mit der Zeit sind die Preise durch eine erhöhte Produktion und mehr Wettbewerb zwischen den Anbietern gesunken. Es wird erwartet, dass die Preise in der Zukunft weiter fallen werden, jedoch könnte dies auch zu einer Reduzierung der staatlichen Förderungen führen, ähnlich wie es bei Photovoltaikanlagen der Fall war.

Die Brennstoffzellenheizung arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Dies bedeutet, dass sie sowohl Strom als auch Wärme erzeugt. Anstelle einer herkömmlichen Verbrennung findet jedoch eine elektrochemische Reaktion statt, die als "kalte Verbrennung" bezeichnet wird. Bei diesem Prozess wird aus Erdgas Wasserstoff gewonnen, dem Sauerstoff zugeführt wird. Das Ergebnis dieser Reaktion sind Strom und Wärme in gleichen Anteilen sowie Wasser.

In der Regel wird der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff aus Erdgas gewonnen. Dieses Erdgas wird ins Haus geleitet und in der Brennstoffzelle wird der Wasserstoff davon abgetrennt. Dieser Vorgang wird immer genau in der Menge durchgeführt, die aktuell für die Energieerzeugung benötigt wird.

Wasserstoff selbst ist nicht explosiv. Es bedarf einer Zündquelle, um eine Explosion auszulösen. Bei Brennstoffzellenheizungen wird Wasserstoff in Form von Erdgas ins Haus gebracht und erst in der Brennstoffzelle davon getrennt. Dies geschieht immer nur in der Menge, die gerade benötigt wird. Während des Prozesses der kalten Verbrennung werden die Wasserstoffatome abgespalten, es findet keine explosive Reaktion statt. Somit ist das Betreiben einer Brennstoffzellenheizung nicht gefährlicher als eine herkömmliche Erdgas-Heizung.