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Kraft-Wärme-Anlage

DefinitionKraft-Wärme-Anlage

Eine Anlage mit der Kopplung von Kraft und Wärme bezeichnet man als Kraft-Wärme-Anlage (KWKA) oder auch Heizkraftanlage (HKA).

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine Technik, bei der die Wärme, die bei der Stromerzeugung thermodynamisch unvermeidbar anfällt, zu Heizzwecken nutzbar gemacht wird.

Heizkraftanlagen

Durch die Nutzung der Abwärme, die beim Stromerzeugungsprozess in herkömmlichen Kraftwerken (Kondensationskraftwerken) ungenutzt an die Umgebung über Kühltürme abgegeben wird, lässt sich z.B. der Energienutzungsgrad mittels Kraft-Wärme-Kopplung entscheidend erhöhen. Dadurch kann der eingesetzte Brennstoff zu mehr als 95 % ausgenutzt werden.

Blockheizkraftwerk (BHKW)

Bei einem Blockheizkraftwerk handelt es sich um die insbesondere in kleineren und mittleren Unternehmen am weitesten verbreitete KWK-Technik. Die Anlage besteht aus einem Verbrennungsmotor, über den ein Generator angetrieben wird. Die im Motor und im Abgas entstehende Abwärme wird über Wärmetauscher genutzt.

Als Brennstoff können Erdgas, Biogas, Heizöl oder auch Pflanzenöl eingesetzt werden.

Gasturbinenheizkraftwerk (GT)

Das Prinzip der Gasturbine beruht auf dem Joule-Kreisprozess. Im ersten Schritt wird Luft verdichtet, in der nachgeschalteten Brennkammer mit dem Brennstoff vermischt und gezündet. Das Heißgas wird anschließend entspannt, wobei die thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Hiermit wird der Verdichter angetrieben und im Generator Strom erzeugt.

Dampfturbinenheizkraftwerk (DT)

Der Dampfturbinenbetrieb basiert auf dem Clausius-Rankine-Prozess. Hierbei wird über einen Dampferzeuger Frischdampf mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt und in die Dampfturbine geleitet. Hinter der Turbine wird der Dampf kondensiert. Die durch die Kondensation anfallende Wärme wird in angeschlossenen Verbrauchern genutzt. Das kondensierte Wasser wird im Kreislauf gefahren, d.h. wieder in den Dampferzeuger eingespeist.

Brennstoffzelle (BSZ)

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, die die chemische Energie des Primärenergieträgers auf direktem Weg mittels elektrochemischer Oxidation (kalte Verbrennung) in elektrische und thermische Energie umwandeln.

Optimierungsmöglichkeiten und Potenziale

Die beiden bereitgestellten Energiearten Wärme und Strom werden in der Anwendung meistens nicht gleichbleibend synchron benötigt. Daher bieten sich für Blockheizkraftwerke, die die verbreitesten Heizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung darstellen, zwei grundlegende Auslegungsmöglichkeiten an, nämlich die Wärmeführung oder die Stromführung.

Wärmeführung

Die Wärmeführung garantiert die Nutzung der gesamten produzierten Wärme, wobei überschüssig produzierter Strom in das öffentliche Netz abgegeben und der Zusatzstrombedarf aus dem Netz gedeckt wird.

Stromführung

Ein stromgeführtes Heizkraftwerk dient in erster Linie der Abdeckung des Strombedarfs des Betriebs, wobei es nötig werden kann, überschüssige Wärme an die Umgebung abzuführen oder energetisch sinnvoller in Wärmespeichern zu puffern.

Unter dem Gesichtspunkt der rationellen Energieverwendung ist daher die Wärmeführung der Stromführung vorzuziehen. Im realen Betrieb kann auch zeitweise von Wärme- auf Stromführung umgestellt werden, um beispielsweise eine Stromspitze zu mindern.

 

Checkliste Kraft-Wärme-Kopplung
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