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. Das kann die Brennstoffausnutzung verbessern, weil die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme mitgenutzt wird; die Umweltwirkung hängt dabei u. a. von Brennstoff, Auslegung und Betriebsweise ab.

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 – passend ausgelegt und bei ausreichender Wärmeabnahme – hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen (je nach Anlage und Betriebsbedingungen auch über 90%). Je nach Brennstoff, Auslegung und Betriebsweise kann KWK die Brennstoffausnutzung verbessern und in passenden Fällen auch die laufenden Energie- und Stromkosten entlasten. Zudem kann die Eigenstromproduktion – je nach Laufzeit und Eigenverbrauchsanteil – die Abhängigkeit von Strompreisschwankungen teilweise reduzieren. 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 – je nach Auslegung und Betrieb – eine hohe Brennstoffausnutzung ermöglichen. 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 können je nach Programmstand, Technik und Voraussetzungen Förderungen in Frage kommen, die die Investition in KWK-Anlagen erleichtern können. Je nach Anlage, Leistungsklasse und aktueller Förderlage können z. B. 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 Option, um ein Gebäude – je nach Einsatzbedingungen – effizient mit Wärme zu versorgen. Sie sind nicht nur in der Lage, Wärme zu erzeugen, sondern generieren gleichzeitig auch Strom. Branchenverbände weisen darauf hin, dass viele Heizkessel in Deutschland älter sind und je nach Zustand höhere Verbräuche verursachen können. Ein Austausch kann – abhängig von Gebäudezustand, Auslegung und Energiepreisen – die Heiz- und Stromkosten spürbar entlasten; eine individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnung schafft Klarheit. Durch die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme direkt am Verbrauchsort kann eine Brennstoffzellen-Heizung – je nach Gebäude, Auslegung und Energiepreisen – die jährlichen Energiekosten reduzieren.

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.