kraft-wärme-kopplung (kwk): effizienz aus prinzip
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Inhalt
Kraft-Wärme-Kopplung: Effizienz aus Prinzip
Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit,
Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit .................................................. 5
KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff .................................... 7
Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK ....................... 9
KWK: Effizienz statt Emissionen ................................................................................. 11
Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen
Potenziale für den Ausbau von KWK .......................................................................... 13
Abkürzungen und Glossar ........................................................................................... 14
Bilder:
Oben: KWK-Anlage der Energie- und
Medienversorgung im Industriepark
Ludwigshafen, MVV Energie AG
Unten links: Das Heizkraftwerk der
N-ERGIE mit moderner Gas- und Dampf-
Technologie (GuD) sorgt dafür, dass in
Nürnberg jährlich bis zu 140.000 Tonnen
Kohlendioxid eingespart werden
Unten rechts: Gasturbine GTX100 für das
Heizkraftwerk der N-ERGIE in Nürnberg
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Greifbare Argumente für eine vielseitig einsetzbare und intelligente Zukunftstechnologie.
KWK hat viele Vorteile: • Ressourcenschonung: extrem hohe Brennstoffausnutzung und damit niedriger
Primärenergieverbrauch
• Umweltverträglichkeit: deutlich geringere CO2-Emissionen als bei getrennter
Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme
• Versorgungssicherheit: Unabhängigkeit durch breite Palette von einsetzbaren Energieträgern – von Biogas bis Kohle
• Wirtschaftlichkeit: besonders konkurrenzfähig bei entsprechend hoher Wärmenachfrage
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Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit
Eine nachhaltige, zukunftsfähige Energiepolitik muss drei Aspekte
gleichermaßen berücksichtigen: Umweltverträglichkeit, Versor-
gungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Die deutschen Energieun-
ternehmen bekennen sich mit Nachdruck zu diesen Vorgaben des
energiewirtschaftlichen Zieldreiecks. Die Kraft-Wärme-Kopplung
kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass diese Ziele gleich-
zeitig und gleichgewichtig erreicht werden.
Der Vorteil von Kraftwerken mit KWK-Technologie liegt in der beson-
ders effizienten Betriebsweise, wenn ein gleichzeitiger Bedarf für
Strom und Wärme gegeben ist. Während konventionelle Kraftwerke die
bei der Stromerzeugung anfallende Wärme konstruktionsbedingt zum
Teil ungenutzt an die Umgebung abgeben, wird sie bei KWK-Anlagen
insbesondere in Industrieprozessen und zur Wärmebereitstellung in
Haushalten genutzt. Kein anderer Prozess der Energieerzeugung nutzt
den Brennstoff so gut aus wie die Kraft-Wärme-Kopplung: Der Energie-
gehalt des Brennstoffs wird zu mehr als 80 % in nutzbaren Strom und
nutzbare Wärme umgewandelt. In Sachen Effizienz bedeutet das:
Gegenüber der konventionellen Erzeugung von Strom und Wärme spart
KWK bis zu 48 % Primärenergie ein!1 Entsprechend geringer sind auch
die CO2-Emissionen.
Der relativ geringe spezifische Energieträgereinsatz mindert darüber
hinaus die Abhängigkeit von Importen. Zur Versorgungssicherheit trägt
auch die breite Palette einsetzbarer Brennstoffe bzw. Primärenergieträ-
ger bei. KWK-Anlagen können mit klassischen und erneuerbaren Ener-
giequellen betrieben werden – von Biogas bis Kohle. Dies ermöglicht
den Betreibern große Flexibilität.
Mit ihrer optimalen Ausnutzung der eingesetzten Energie tragen
KWK-Anlagen wesentlich zur Minderung von CO2-Emissionen bei und
weiteres Potenzial ist vorhanden: Die Bundesregierung misst dem Aus-
bau von KWK daher in ihrem Integrierten Energie- und Klimaschutz-
programm eine erhebliche Bedeutung bei. In einem zukunftsfähigen
Konzept für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung muss die
KWK eine wesentliche Rolle übernehmen.
Mit Steinkohle befeuerte KWK-AnlageKonventionelles Steinkohlekraftwerk
1 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes
100%
Brenns
toffe
20% Verlust
30% Strom
50%
Wärm
e
Wohnraum- beheizung
Kühlung
Industrie- prozesse
Warmwasser- bereitung
Landwirtschaft100%
Brenns
toffe
41% Strom
59% Verlust
KWK: Eine Entscheidung für die Zukunft.
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• Flexibilität: breite Palette von Brennstoffen einsetzbar • Nachhaltigkeit: KWK ist zentrales Element im Klimaschutzprogramm
der Bundesregierung
• Klimaschutz: EU-weit rund 100 Millionen Tonnen CO2-Einsparung pro
Jahr durch KWK2
2 Quelle: Europäische Kommission, 2008
Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Nutzwärme ist
höchst effizient, da die im Brennstoff gespeicherte Energie
nahezu optimal ausgeschöpft wird. Für eine zukunftsfähige,
klimaschonende Energieversorgung in Deutschland kann die
Kraft-Wärme-Kopplung eine wichtige Rolle übernehmen –
nicht zuletzt in Kombination mit dem Einsatz erneuerbarer
Energien.
KWK-Anlagen können mit allen verfügbaren – klassischen wie
erneuerbaren – Energiequellen und Brennstoffen betrieben
werden. Dazu gehören Kohle, flüssige Kraftstoffe, Erdgas oder
Bio-Erdgas ebenso wie feste und flüssige Biomasse, Erdwärme
sowie Abfälle beziehungsweise Reststoffe.
So kann beispielsweise Biogas in landwirtschaftlichen Betrieben
direkt zur Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraft-
werken genutzt werden. Büro- und Mehrfamilienhäuser
könnten ihren Strom und ihre Wärme aus Mini-KWK-Anlagen
beziehen, die mit Bio-Erdgas betrieben werden. Moderne
KWK-Anlagen, die ganze Stadtteile mit Wärme beliefern,
nutzen sowohl Kohle und Erdgas als auch Müll und Biomasse.
Durch die Kombination aus dem Einsatz von erneuerbaren
Brennstoffen und der besonders effizienten Funktionsweise
von KWK-Anlagen werden heute schon in der Europäischen
Union jährlich mehr als 100 Millionen Tonnen CO2 eingespart.
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KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff!
AbfallKohle
Biomasse
Erdgas
Biogas
Öl
Strom
Wärme
KWK-Aggregat z.B.
Motor / Generator
Dampf-turbine / Generator
Brennstoff-zelle
Gasturbine / Generator
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Jede Situation ist anders,das Prinzip bleibt gleich.
KWK ist vielseitig: • für Anlagen verschiedenster Größen
• für Wärmenetze unterschiedlicher Ausdehnung
• für Industrie, Gewerbe, Stadtgebiete, öffentliche Einrichtungen
und private Haushalte
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Links: Mini-BHKW im
Contracting der GASAG-Gruppe
Mitte: erdgasbetriebenes
Blockheizkraftwerk im „Sunpark
Nordseeküste”, EWE AG
Rechts: Heizkraftwerk Nord der
Stadtwerke München GmbH
Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK
KWK-Anlagen erfüllen bei der Deckung des Wärme- und
Kältebedarfs die unterschiedlichsten Anforderungen der
Kunden. Sie liefern Wärme und Kälte für städtische Ver-
sorgungssysteme, für einzelne Gebäudekomplexe wie
Wohnhäuser, Büroanlagen, Einkaufszentren, Sporthallen
oder Schwimmbäder genauso wie die Prozesswärme für
Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft. Je nach Bedarf
können unterschiedliche Anlagentypen und -größen
eingesetzt werden.
Heizkraftwerke sind gas-, bio-erdgas-, biomasse- oder
kohlebefeuerte Großanlagen mit bis zu mehreren 100
Megawatt elektrischer Leistung. Sie versorgen ganze
Stadtteile oder Industrieanlagen mit Fern- und Prozess-
wärme. Die erzeugte Wärme wird über Fernwärmenetze
transportiert. Hochmoderne Rauchgasreinigungsanlagen
sorgen dafür, dass Umweltbelastungen wie der Ausstoß
von Feinstaub oder Schadstoffen (Schwefeldioxid und
Stickoxide) sowie Geruchsbelästigungen auf ein Minimum
begrenzt bleiben.
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind mittelgroße KWK-
Anlagen mit einer elektrischen Leistung zwischen
50 Kilowatt und 20 Megawatt. Sie versorgen Wohnblocks
und Siedlungen, Krankenhäuser und Industriebetriebe
sowie Geschäfts- und Gewerbegebäude. Der heute am
häufigsten verwendete Energieträger ist Erdgas, zuneh-
mend wird auch Bio-Erdgas eingesetzt. BHKW schalten
sich bei Bedarf ein, versorgen die Gebäude mit Wärme
und speisen den erzeugten Strom ins Hausnetz bzw. in
das örtliche Stromnetz ein.
Mini- und Mikro-KWK sind kleine Blockheizkraftwerke
mit einer elektrischen Leistung von 5 bis 50 Kilowatt. Noch
kleinere Anlagen, sogenannte Mikro-KWKs, werden derzeit
in Feldversuchen getestet. Diese meist mit Gas betriebe-
nen Anlagen, auch „Strom erzeugende Heizung“ genannt,
können in Zukunft einzelne Gebäude wie Ein- oder Mehr-
familienhäuser mit einer elektrischen Leistung von bis zu
5 Kilowatt versorgen. Die Größe einer Mikro-KWK-Anlage
ist mit der einer Gastherme oder Waschmaschine vergleich-
bar. Sie kann beispielsweise im Keller installiert und an jede
Hausheizung angeschlossen werden. Der erzeugte Strom
kann selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist
werden.
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Mit Schwung in die Zukunft,aus Prinzip flexibel.
• zukunftsweisende Lösung für unternehmerisch sinnvolles
und umweltbewusstes Handeln
• Beitrag zur Belebung der Wirtschaft
• geringe Energieübertragungs- und -verteilungsverluste
• bis zu 48 % weniger CO2-Emissionen gegenüber getrennter Erzeugung
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Die Kraft-Wärme-Kopplung leistet einen wesentlichen Beitrag zum
Klimaschutz und zur weiteren umweltpolitischen und wirtschaft-
lichen Entwicklung. Sie führte bereits in den letzten Jahren zu einer
höheren Energieeffizienz und zu signifikanten Energieeinsparungen
in Deutschland.
Die hocheffiziente KWK-Technologie schont Ressourcen und macht
uns damit unabhängiger in der Energieversorgung. Deutschland verfügt
im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung über fundiertes Technologie-Know-
how, das Exportperspektiven eröffnet, die deutsche Wettbewerbs-
fähigkeit stärkt und wirtschaftliche Entwicklungschancen bietet. Dies
gilt besonders für die regionale und lokale Ebene und hilft damit
auch den Handwerkern vor Ort.
Für eine KWK-Anlage sind größenbedingt zunächst höhere Investi-
tionen als für konventionelle Technik erforderlich.
Durch die gleichzeitige Wärmenutzung ergibt sich jedoch langfristig ein
Vorteil bei den Betriebskosten.
KWK-Anlagen speisen in der Regel den erzeugten Strom nicht in das
Höchstspannungsnetz ein, sondern je nach Größe in Verteilnetze auf
einer niedrigeren Spannungsebene und geringerer Ausdehnung. Kurze
Entfernungen minimieren den Transportverlust, steigern zusätzlich die
Effizienz und verbessern die Umweltbilanz.
Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme in einer erdgasbefeu-
erten modernen KWK-Anlage kann die CO2-Emissionen um bis zu
48 % reduzieren (im Vergleich mit der konventionellen Stromerzeugung
aus konventionellen Kraftwerken in Verbindung mit der Wärmeerzeu-
gung aus einem Öl-/Erdgaskessel). Selbst gegenüber der getrennten
Erzeugung von Strom und Wärme in technisch ausgereiften GuD-Kraft-
werken und Brennwertkesseln ist der CO2-Ausstoß von KWK-Anlagen
immer noch um 10 % niedriger.3
KLIMA(SCHUTZ)-WIRKUNG
fossil
ungekoppelte Erzeugung
(nur Strom bzw. Wärme)
CO2-Neutralität
Energiee
ffizienz
Eing
esetzte Te
chno
logie
Eingesetzte Brennstoffenergie
regenerativ
gekoppelte Erzeugung
(Strom & Wärme im KWK)
KWK: Effizienz statt Emissionen
3 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes
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Aus Prinzip gewinnen –mit Engagement undEntschlossenheit.
• Globalität: Ausschöpfung des KWK-Potenzials auf nationaler
und internationaler Ebene
• Weitblick: Ziel der Bundesregierung (KWK-Anteil bei 25 % bis 2020)
kann erreicht werden und weiteres Potenzial ist vorhanden
• Unterstützung: BDEW und seine Mitgliedsunternehmen machen sich
für KWK-Ausbauziel stark
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Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen und übermorgen – Potenziale für den Ausbau von KWK
Die Entscheidung für Kraft-Wärme-Kopplung ist eine fortschritt-
liche und zukunftsorientierte Entscheidung. Das KWK-Prinzip erfüllt
die gesellschaftlichen Erwartungen an erfolgreichen Klimaschutz
und den klugen Umgang mit wertvollen fossilen und erneuerbaren
Ressourcen. Der gegenwärtige KWK-Anteil von rund 16 % an der
gesamten Stromversorgung in Deutschland kann wesentlich gestei-
gert werden.
Mit den Meseberger Beschlüssen von 2007 hat die Bundesregierung
das Ziel gesetzt, den KWK-Anteil an der gesamten Stromerzeugung bis
2020 auf 25 % zu erhöhen. Dieses Ziel wird erreicht, wenn der Ausbau
der KWK-Technologie deutlich beschleunigt wird. Die Potenziale zu
einer Erhöhung der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sind
vorhanden. So können bestehende Heizkesselanlagen problemlos um
KWK-Aggregate erweitert oder Gebäude an die Fernwärmeversorgun-
gen auf KWK-Basis angeschlossen werden. Gerade für Verbraucher
mit einem großen Wärmebedarf, z.B. Gewerbe und Industrie, ist die In-
stallation von KWK-Technologien eine sinnvolle Lösung. Das Umwelt-
bundesamt gibt beispielsweise in seiner Studie zu einer nachhaltigen
Energieversorgung das KWK-Potenzial bis 2030 – unter den optimalen
Rahmenbedingungen eines Szenarios „Umwandlungseffizienz“ – mit
rund 33 % in 2030 an.4
In einigen europäischen Staaten hat man die Chancen bereits erkannt
und den Ausbau von KWK-Anlagen gezielt gefördert. In Finnland liegt
der Anteil der Stromerzeugung aus KWK-Anlagen bei rund 35, in Däne-
mark sogar bei fast 50 %.
Der BDEW und seine Mitgliedsunternehmen arbeiten täglich für eine
sichere, nachhaltige und wirtschaftliche Energieversorgung für die
Menschen in diesem Land. In den nächsten zehn Jahren wird die Bran-
che rund 40 Milliarden Euro in die Modernisierung und den Ausbau des
deutschen Kraftwerksparks investieren. Der BDEW setzt sich dafür ein,
bundesweit politische Rahmenbedingungen zu schaffen, um den zügi-
gen Ausbau und die Verbreitung von KWK auch aus unternehmerischer
Sicht bundesweit attraktiver zu gestalten.
4 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes.
Ländervergleich: Anteil der KWK an der Gesamtstrom-erzeugung in 2008 und Ziel der Bundesregierung 2020
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
%
65
70
KWK-Anteil in D (Daten aus 2009)
Ziel der Bundes-regierung
EU-DurchschnittKWK-Anteil
DK FIN NL PL EU ES UK FAD*
Abkürzungen und Glossar
Biogas / Bio-Erdgas:
Biogas ist ein brennbares Gas, das durch die Vergärung von Biomasse
(z.B. Abfall- und Reststoffe aus der Landwirtschaft, Energiepflanzen
etc.) gewonnen wird. Bio-Erdgas ist in Aufbereitungsanlagen veredel-
tes Biogas. Dadurch erreicht es die gleiche Qualität wie Erdgas, kann ins
Gasleitungsnetz eingespeist und wie Erdgas eingesetzt werden.
GuD-Anlage:
Ein Gas-und-Dampf-Kraftwerk ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien
eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert
werden. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nach-
geschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die
Dampfturbine wirkt. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht
als mit Gasturbinen allein oder konventionell befeuerten Dampfkraft-
werken.
Kilowattstunde (kWh):
Eine Wattstunde (Wh) entspricht der Energie, die eine Maschine mit
einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.
Der Energieverbrauch wird meist in Kilowattstunden (kWh) angegeben
(eine kWh = 1.000 Wh). Ein durchschnittlicher Zweipersonenhaushalt
verbraucht jährlich etwa 3.500 kWh Strom und 20.000 kWh Wärme.
Kohlenstoffdioxid (CO2):
Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und
Sauerstoff. CO2 entsteht u.a. bei der Verbrennung von fossilen Energie-
trägern. Das Gas reichert sich in der Erdatmosphäre an. Eine erhöhte
Konzentration führt zu einer globalen Klimaerwärmung.
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):
KWK ist die gekoppelte Erzeugung von elektrischem Strom und
nutzbarer Wärme. Die Wärme wird in der Regel für Heizzwecke oder in
Industrieprozessen genutzt, die Abgabe von ungenutzter Abwärme an
die Umgebung wird also weitgehend vermieden.
Nutzungsgrad:
Der Nutzungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen zugeführter und
nutzbar gemachter Energie einer Anlage in einem bestimmten Zeit-
intervall. Je höher der Nutzungsgrad einer Anlage ist, umso effizienter
die Energieverwertung.
Primärenergie und Endenergie:
Unter Primärenergie versteht man die Energie natürlicher Ressourcen,
die noch keine Umwandlung durchlaufen hat. Man unterscheidet:
- fossile Energieträger, z.B. Braunkohle, Steinkohle, Erdgas, Rohöl
- regenerative Energien, z.B. Wasserkraft, Sonnenenergie, Windenergie,
Erdwärme, Biomasse, Abfälle/Reststoffe
Primärenergie wird durch Prozesse wie Verbrennung oder Raffinerie
in Sekundärenergie umgewandelt. Bei der Umwandlung und beim
Transport kommt es zu Verlusten. Die beim Verbraucher ankommende
Energie bezeichnet man als Endenergie.
Wirkungsgrad:
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzen und Aufwand, bei der
Stromerzeugung also das Verhältnis von Energieeinsatz und erhaltener
elektrischer Energie.
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HerausgeberBDEW Bundesverband der
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RedaktionMeltem Walter, BDEW
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Juni 2011
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