KWK Anlagen - Strom und Wärme kombiniert erzeugen

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. Das kann – insbesondere bei hoher Laufzeit und passender Auslegung – die Energieausnutzung verbessern und unter bestimmten Annahmen im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom und Wärme Emissionen 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 – je nach Anlage, Auslegung und Betriebsbedingungen – hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen. Je nach Brennstoff, Laufzeit, Eigenstromnutzung und Referenzsystem kann KWK dazu beitragen, Emissionen im Betrieb zu senken und laufende Energiekosten zu entlasten. Zudem kann die Eigenstromproduktion – abhängig von Laufzeit, Eigenverbrauch und Betriebsweise – die Abhängigkeit von Strompreisschwankungen teilweise reduzieren. Überschüssiger Strom kann sogar ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) können – passend ausgelegt und betrieben – Strom und Wärme gleichzeitig erzeugen und dabei 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 effiziente Brennstoffzellen heute 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 gibt es in Deutschland – je nach Programmstand und Voraussetzungen – Fördermöglichkeiten, die eine Investition in KWK-Anlagen unterstützen können; die Förderfähigkeit sollte im Einzelfall geprüft werden. 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 Technik, die ein Gebäude – bei passender Auslegung und Betriebsweise – zuverlässig mit Wärme versorgen kann. Sie sind nicht nur in der Lage, Wärme zu erzeugen, sondern generieren gleichzeitig auch Strom. Nach Angaben des Bundesverbands der Deutschen Heizungsindustrie sind viele installierte Heizkessel älter und arbeiten häufig weniger effizient als moderne Systeme. Ein Austausch älterer Systeme durch eine Brennstoffzellen-Heizung kann – je nach Ausgangsanlage, Gebäudezustand und Nutzung – die Heiz- und Stromkosten entlasten; eine individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnung schafft Klarheit. Je nach Ausgangssituation, Betriebsweise und Energiepreisen kann eine Brennstoffzellen-Heizung die jährlichen Heiz- und Stromkosten reduzieren; konkrete Werte sollten anhand einer individuellen Wirtschaftlichkeitsberechnung ermittelt werden.

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 ist möglich, dass die Preise in Zukunft weiter sinken; gleichzeitig können sich staatliche Förderungen je nach Programmstand ändern.

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 ist sehr leicht entzündlich; eine Explosion setzt jedoch bestimmte Bedingungen wie ein zündfähiges Gemisch und eine Zündquelle voraus. 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. Bei fachgerechter Planung, Installation und Wartung kann eine Brennstoffzellenheizung ein Sicherheitsniveau erreichen, das mit herkömmlichen Erdgas-Heizungen vergleichbar ist.