Wind- und Sonnenenergie sind großartig. Sie sind umweltfreundlich, ressourcenschonend und in vielen Fällen wirtschaftlich. Stark abhängig vom Wetter, stoßen sie jedoch vor allem in sonnen- und windarmen Zeiten an ihre Grenzen. Denn ihre schwankende Verfügbarkeit ist der große Nachteil. Jetzt gilt es, die Versorgungssicherheit durch effiziente Techniken auszubauen. Eine davon ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Was genau hinter dem Prinzip der KWK steckt, wie diese Art der Energieerzeugung funktioniert und warum sich mit Kraft-Wärme-Kopplung sogar Geld sparen lässt, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was genau heißt Kraft-Wärme-Kopplung?
Einfach erklärt, ist die Kraft-Wärme-Kopplung ein energietechnisches System, das – gekoppelt in einer Kraftmaschine – Strom oder mechanische Energie sowie Wärme bereitstellt. Eines dieser KWK-Systeme ist das Blockheizkraftwerk (BHKW), meist mit Verbrennungsmotor. Oder andersherum gesagt: Erzeugt ein Blockheizkraftwerk sowohl Wärme als auch Strom, so spricht man vom Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Dies lässt sich durch viele Technologien realisieren, wie zum Beispiel durch eine Dampfturbine, eine Gasturbine, eine Brennstoffzelle oder einen Verbrennungsmotor.
Während größere Kraftwerke, die nach dem KWK-Prinzip arbeiten, viel Energie bei der Übertragung über Fernwärmeleitungen und Hochspannungsleitungen verlieren, sind dezentrale BHKW im Vorteil. Diese enthalten Verbrennungsmotoren, deren Technik seit über einem Jahrhundert stetig weiterentwickelt wird. Sie ist damit ausgereift und ermöglicht eine hohe Effizienz in der Energieerzeugung sowie eine große Umweltentlastung. Sind mehrere Anlagen dezentral in einem Versorgungsgebiet verteilt, wird die Energie genau dort erzeugt, wo sie benötigt wird. Zudem können BHKW-Anlagen flexibel auf Volatilitäten reagieren. Damit sind sie nicht nur effizient, sondern auch netz- und systemdienlich.
Wie funktioniert das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung?
Die Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet also die Gewinnung von thermischer und elektrischer Energie zur gleichen Zeit in einem Kraftwerk, zum Beispiel einem BHKW. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung besteht dabei in der dezentralen Nutzung der gleichzeitig bereitgestellten Elektrizität und Wärme. Die parallel zur Stromerzeugung produzierte Wärme kann beispielsweise zur Beheizung und Warmwasserbereitung genutzt werden. Verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom (im Kraftwerk ohne Wärmenutzung) und Wärme (im Heizkessel) senkt die KWK den Brennstoffeinsatz und die Kohlendioxid-Emissionen.
Kraft-Wärme-Kopplung als Stütze in Krisenzeiten
Spätestens seit der Energiekrise 2022/23 treten innovative Lösungen zur Energieversorgung zunehmend in den Fokus – so auch die Kraft-Wärme-Kopplung. Denn um langfristig weniger abhängig von Energielieferungen aus anderen Ländern zu sein, sind alternative Energiequellen sowie eine inländische Energieerzeugung gefragter denn je. Zwar lässt sich ein großer Teil des Strombedarfs in Deutschland bereits aus erneuerbaren Quellen wie Wind- und Sonnenenergie decken, jedoch ist ihre Erzeugung nicht gänzlich zuverlässig. Denn sowohl Wind als auch Sonne sind extrem wetterabhängig und damit in ihrer Energiegewinnung stark schwankend. KWK kann an dieser Stelle eine wertvolle Stütze sein, um die Schwankungen auszugleichen, ermöglicht sie doch eine wetterunabhängige, flexible und bedarfsgerechte Energieproduktion.
Zudem eignet sich Kraft-Wärme-Kopplung optimal als Ersatz für ungekoppelte Kraftwerke, denn sie nutzt die eingesetzten Brennstoffe deutlich effizienter. Weder die ungekoppelte Nutzung fossiler Brennstoffe noch die während der Energiekrise diskutierte Reaktivierung bereits stillgelegter Atommeiler sind eine langfristige Lösung für die aktuellen Herausforderungen der Energieversorgung. Sollen die Klimaschutzziele der EU wirklich erreicht, Treibhausgasemissionen reduziert und die Energiewende umgesetzt werden, geht es nicht ohne innovative Konzepte wie KWK.
Warum hat KWK Zukunft?
Generell sind Anlagen, die auf das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung zurückgreifen, wesentlich effizienter als Anlagen, die auf eine ungekoppelte Energieerzeugung setzen. Dadurch, dass die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme genutzt wird, wird der in der KWK-Anlage eingesetzte Brennstoff nicht nur effizienter, sondern auch sparsamer verwendet. Immerhin werden bei der Energieerzeugung mit einem Brennstoffnutzungsgrad (Gesamtwirkungsgrad) von rund 90 % ca. 40 % elektrische und 50 % thermische Energie erzeugt. Gerade für öffentliche Verbraucher, wie Kommunen, Stadtwerke oder Schwimmbäder, sowie für große Industrie- oder Gewerbebetriebe ist das ein relevanter Vorteil, sparen sie dank KWK doch eine Menge an Energiekosten.
Hinzu kommt, dass das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung auch für eine bessere Ökobilanz, also für einen kleineren ökologischen Fußabdruck des Verbrauchers, sorgt. Denn KWK-Anlagen überzeugen gleich doppelt: mit einem minimierten CO₂-Ausstoß und einem reduzierten Einsatz von Primärenergie. Das macht KWK zu einer sehr umweltfreundlichen und ressourcenschonenden Energieerzeugung. Abhängig von der eingesetzten Technologie, sind KWK-Anlagen neben dem hohen Brennstoffnutzungsgrad auch flexibel in Bezug auf den eingesetzten Brennstoff. BHKW greifen größtenteils auf einen gasförmigen Energieträger, wie bspw. Erdgas, Biogas, Klär- oder Deponiegas, zurück. Wo heute noch fossiles Erdgas zum Einsatz kommt, könnten in Zukunft Biomethan, Synthese-Gase oder grüner Wasserstoff dominieren.
Zudem bringt die Kraft-Wärme-Kopplung in Verbindung mit einem BHKW auch einige wirtschaftliche Vorteile mit sich. Denn durch die oben genannten Einsparungen sowie durch die Möglichkeit zur Förderung ist ein BHKW eine vernünftige Investition, die sich in angemessener Zeit amortisiert.
Welche Rolle spielt die Kraft-Wärme-Kopplung für die Energiewende?
Neben der effizienten Brennstoffnutzung spricht auch die System- und Netzdienlichkeit für KWK-Anlagen. Denn durch ihre flexible Fahrweise und die Dezentralität dieser Vielzahl von Anlagen lassen sich die durch die steigende Integration von erneuerbaren Energien in unser Stromnetz entstehenden Residuallasten abmindern und der Bedarf an Übertragungsleitungen vom windstarken Norden in den Süden des Landes verkleinern. Somit begünstigen KWK-Anlagen den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien und damit die Energiewende.
Aber: KWK kann nur dann wirklich effizient funktionieren, wenn die Rahmenbedingungen stimmen. Das bedeutet, dass sich die Nutzung von KWK noch mehr an den Anforderungen des Strommarktes orientieren muss. Und das geht nicht ohne eine flexibilisierte KWK-Stromerzeugung – womit innovative KWK-Systeme (iKWK) auf der Bildfläche erscheinen.
In Zukunft iKWK? So könnte sich die Kraft-Wärme-Kopplung entwickeln
Neben konventionellen Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung spielen zudem innovative KWK-Systeme eine zunehmend wichtige Rolle. Diese sogenannten iKWKs sind extrem energieeffizient und treibhausgasarm. Sie erzeugen Strom und Wärme bedarfsgerecht oder wandeln diese um – immer in Verbindung mit hohen Anteilen von Wärme aus erneuerbaren Energien und einem elektrischen Wärmeerzeuger. Neben einem BHKW kommen dabei auch weitere Energieerzeugungstechnologien wie beispielsweise Power-to-Heat, Solarthermie oder eine Wärmepumpe zum Einsatz.
Mögliche Zukunftsszenarien der Energieversorgung in Deutschland sowie die damit zusammenhängende Rolle von Technologien wie der Kraft-Wärme-Kopplung beschäftigen auch die Forschung und Entwicklung. So hat unter anderem das Fraunhofer ISI eine Langfrist- und Klimaszenarien-Studie veröffentlicht, in der die Dringlichkeit alternativer Energiequellen ein weiteres Mal deutlich wird: Ohne eine zusätzliche stabile Stütze (wie beispielsweise Energie aus Biomasse, KWK, iKWK o. Ä.) werden es erneuerbare Energien wie Wind und Sonne auf Dauer schwer haben.
Gleichzeitig geht aus der Studie deutlich hervor, dass sich Deutschland zunehmend in Richtung erneuerbarer Energien bewegt. Vor allem die Kraft-Wärme-Kopplung kann an dieser Stelle dabei helfen, die in Zukunft benötigte Energie auf ökologische Art und Weise zu generieren. So betonen die Fraunhofer-Forscher, dass die Kopplung von Strom und Wärme enorm zunehmen muss, um die Klimaziele erreichen, Treibhausgasemissionen verringern und die Energiewende schaffen zu können.
Welche Fördermöglichkeiten für Kraft-Wärme-Kopplung gibt es?
Generell hängen die Fördermöglichkeiten von einer Reihe von Randbedingungen ab. In der groben Betrachtung geht es darum, ob eine KWK-Anlage nach dem KWK-Gesetz (KWKG) oder dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) gefördert werden kann. Dies ist davon abhängig, ob der eingesetzte Energieträger fossil oder erneuerbar ist. In den einzelnen Gesetzen werden die Anlagen so zum Beispiel nach verschiedenen Leistungsklassen oder aber nach Laufzeiten der Förderung eingeteilt. Das KWKG fördert Anlagen, die bis Ende 2026 in Dauerbetrieb gehen; Anlagen, die bis dahin nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz genehmigt oder, falls keine solche Genehmigung nötig ist, verbindlich bestellt sind, können innerhalb von vier Jahren nach Genehmigung bzw. Bestellung in Betrieb gehen (Stand 2026).
Ebenfalls gibt es einige Anforderungen, die erfüllt sein müssen, damit eine Anlage überhaupt förderberechtigt ist. Hier findet man zum Beispiel oft den sogenannten „Hocheffizienznachweis“ und den „Einspeisezwang“. Letzterer bedeutet: Eine Anlage muss die zu vergütenden Energiemengen in das Netz der allgemeinen Versorgung einspeisen. Je nach Leistungsklasse werden die Vergütungen entweder über die festen Vergütungssätze der jeweiligen Gesetze festgelegt oder aber in Ausschreibungsverfahren ermittelt.
Wenn Sie mehr zum Energiesystem der Zukunft erfahren möchten, finden Sie auf einer von Fraunhofer ISI zur Verfügung gestellten Seite aktuelle Aufzeichnungen von Webinaren zu den Langfristszenarien.
Fotoquelle Titelbild: © Energas BHKW GmbH
