In Zeiten von Umwelt- und Klimaschutz gibt es etliche Überlegungen und Möglichkeiten, wie sich Treibhausgas-Emissionen verringern und die CO₂-Einsparung erhöhen lassen. Als besonders vielversprechend erweist sich in diesem Zusammenhang die verstärkte Nutzung einer gekoppelten Strom- und Wärmebereitstellung durch KWK-Anlagen. Mit dieser Methode ließe sich eine große Menge an CO₂ einsparen.
Wie genau das funktioniert und warum die KWK mit Blockheizkraftwerken wirklich eine besonders gute Methode ist, um CO₂ einzusparen, erfahren Sie in diesem Beitrag.
KWK in Deutschland – das ist die Entwicklung der vergangenen Jahre
Die Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK, beschreibt ein energietechnisches System, das (gekoppelt in einer Kraftmaschine) Strom oder mechanische Energie sowie Wärme bereitstellt. Ein solches KWK-System ist das Blockheizkraftwerk. Es enthält einen Verbrennungsmotor, dessen Technik seit über einem Jahrhundert stetig weiterentwickelt wird. Somit ist ein Blockheizkraftwerk vollumfänglich erprobt, um eine bestmögliche Effizienz in der Energieerzeugung sowie eine große Umweltentlastung zu erreichen – ein wesentlicher Faktor zur CO₂-Einsparung.
Bereits im Jahr 2001, haben die Bundesregierung und die deutsche Wirtschaft eine Vereinbarung zur Minderung der CO₂-Emissionen sowie zur Förderung von KWK getroffen. Ein wichtiger Bestandteil dabei war das Einsparen von CO₂. Diese wollte man unter anderem durch den Erhalt, die Modernisierung und den Zubau von KWK-Anlagen erreichen. Eine in diesem Rahmen durchgeführte Studie konnte zeigen: Das in der Vereinbarung festgesetzte Zwischenziel einer CO₂-Einsparung von 12,7 Mio. Tonnen CO₂/Jahr ließe sich bereits bis 2005 erreichen. Und das allein durch die Nutzung von BHKW und KWK.
Generell hat sich die Stromerzeugung aus Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung seit dem Jahr 2003 positiv entwickelt. Von 80 TWh stieg die erzeugte Elektrizität fast stetig auf 118,3 TWh im Jahr 2018. Dieser Zuwachs beruht vor allem auf dem Ausbau der Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung sowie auf dem Zubau der Erdgas-KWK. Wie genau die Entwicklung aussieht, zeigt das folgende Diagramm:
Überblick über den Status quo: So sieht KWK in der Gegenwart aus
Entscheidenden Einfluss auf die Klimabilanz einer BHKW-Anlage hat der in der KWK eingesetzte Brennstoff. Denn dieser sollte so ressourcenschonend wie möglich zu gewinnen und einzusetzen sein. Hierbei überzeugen Erdgas und erneuerbare Energieträger. Im Vergleich zu Kohle und Öl weisen sie erheblich geringere Emissionswerte auf. Somit bildet KWK auf (Erd-)Gasbasis (neben Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft) eine besonders gute Methode zur CO₂-Einsparung. Sie erzeugt Strom höchst effizient und kann in Zukunft durch den stetig vergrößerten Einsatz erneuerbarer Gase klimaschonender gemacht werden.
Das sollten vor allem Politik und Wirtschaft im Hinterkopf haben. Denn dezentrale Energielösungen wie BHKW sind nicht nur klimaschonend, sondern auch wirtschaftlich, skalierbar und absolut versorgungssicher. Vor allem für Industrieunternehmen bieten sie enorme Chancen, möglichst viel CO₂ einzusparen und ihren ökologischen Fußabdruck zu verkleinern.
Darum sind BHKW ein wichtiger Teil der Lösung zur CO₂-Einsparung
Gegenüber getrennten Systemen ermöglicht die Nutzung von KWK mittels BHKW-Anlagen eine Einsparung von eingesetzter Energie sowie von CO₂-Emissionen. Wie das in der Praxis aussehen kann, zeigt der folgende Vergleich zur Primärenergieeinsparung.
Typische Kessel zur Wärmebereitstellung besitzen Nutzungsgrade zwischen 80 % und 95 %, Kraftwerke zur Stromerzeugung erreichen 35 % bis 60 %. KWK-Anlagen hingegen haben Gesamtnutzungsgrade von über 80 %. Der Vergleich der beiden Technologien und ihrer CO₂-Einsparung hängt dabei nicht nur von den elektrischen und thermischen Wirkungsgraden ab, sondern auch von dem System, mit dem sie verglichen werden.
Die Referenzwirkungsgrade der getrennten Erzeugung sind in der EU-Verordnung 2015/2402 nachzulesen. Das Referenzsystem zur Stromerzeugung ist ein Gas- und Dampfkraftwerk (GuD-Kraftwerk) mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 53 %. Zur Wärmebereitstellung wird ein Referenzgaskessel mit einem thermischen Wirkungsgrad von 92 % angenommen. Die KWK-Anlage wird durch ein beispielhaftes BHKW-Modul dargestellt. Dieses Modul hat einen elektrischen Wirkungsgrad von 41 % und einen thermischen Wirkungsgrad von 47 %. Die Primärenergieeinsparung ergibt sich hierbei aus der Differenz der eingesetzten Brennstoffenergien dividiert durch den Brennstoffeinsatz des Referenzsystems. In diesem Best-Case-Beispiel läge die Primärenergie- und damit die CO₂-Einsparung bei rund 22 %, wie die folgende Abbildung zur besseren Veranschaulichung zeigt:
Warum ist dieser Fall ein Best Case? Die Referenzsysteme sind im realen Mix so nicht gegeben. Im Beispiel stellen sie einen bestmöglichen Fall der Technik dar. In der Realität gibt es jedoch eine Vielzahl von Energieerzeugungsanlagen, die weit unterhalb dieser Referenzwirkungsgrade betrieben werden. Somit ist die Primärenergie- und CO₂-Einsparung in der Realität deutlich größer anzunehmen.
So kann die CO₂-Einsparung beim BHKW aussehen
Wie viel CO₂ eine beispielhafte BHKW-Anlage einspart, lässt sich aus der folgenden Tabelle ablesen. Diese zeigt eine Anlage mit einer Leistung von 999 kWel und einer angenommenen jährlichen Laufzeit von 5.000 Stunden. Aus den Energiebilanzen ergibt sich eine jährliche Einsparung von 700 Tonnen CO₂, was 22,1 % entspricht. Auch hier dienen die besten Referenzanlagen als Vergleich, die Einsparung ist also vorsichtig gerechnet:
Einen Vergleich von gekoppelter Erzeugung mittels BHKW (inkl. Kessel für Spitzenlasten) mit getrennten Energieerzeugungsanlagen, die mit Kohle und/oder Öl befeuert werden, zeigt nachfolgende Tabelle:
Generell lässt sich sowohl für den Best Case als auch für die tatsächliche Nutzung von KWK und BHKW in der Praxis sagen, dass die gekoppelte Erzeugung besonders gut geeignet ist, um die CO₂-Einsparung zu fördern und die Effizienz zu steigern. Denn auch wenn die Realität nicht mit einem Best-Case-Beispiel gleichzusetzen ist, haben dezentrale Energiekonzepte mit BHKW beim Klimaschutz deutlich die Nase vorn.
CO₂-Einsparung: Ein Ausblick in die Zukunft
Geht es um die CO₂-Einsparung, so geht es auch um den CO₂-Preis, oft als CO₂-Steuer bezeichnet. Rechtsgrundlage ist allerdings nicht das Kohleausstiegsgesetz, sondern das Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG) mit Preisen seit 2021. Und das betrifft auch die Betreiber und Erbauer von BHKW-Anlagen. So kostete eine Tonne ausgestoßenes CO₂ im Jahr 2021 bereits 25 Euro, 2025 waren es 55 Euro. Für 2026 gilt ein Preiskorridor von 55 bis 65 Euro pro Tonne. Doch trotz CO₂-Bepreisung sind Blockheizkraftwerke eine sinnvolle Investition. Denn allgemein dienen BHKW-Anlagen dem Ziel, Emissionen zu mindern. Allerdings sind sie dabei (noch) nicht ganz klimaneutral, denn der eingesetzte Brennstoff Erdgas ist ein zum größten Teil fossiler Energieträger.
In Zukunft werden dem Erdgasnetz jedoch zunehmend Synthesegase und Wasserstoff beigemischt, womit sich dessen Klimabilanz verbessern soll. Bis dahin müssen auch Betreiber solcher Anlagen trotz Nutzung eines ressourcenschonenden Brennstoffes und KWK einen gewissen, im Vergleich zu konventionellen Energiequellen jedoch wesentlich geringeren CO₂-Preis zahlen. Wichtig dabei: Der Anlagenbetreiber zahlt diesen Preis nicht direkt, da sich die Bepreisung auf das Inverkehrbringen richtet. Für einen Anlagenbetreiber verteuert sich damit „nur“ der Brennstoff. Unterm Strich wäre ein CO₂-Preis also eher Vorteil als Nachteil für den Bereich der KWK in Verbindung mit gasförmigen Brennstoffen.
Trotzdem gilt: Erdgas produziert weitaus weniger CO₂ als die konventionellen fossilen Brennstoffe Öl und Kohle. Damit würde eine CO₂-Bepreisung weitaus weniger zu Buche schlagen als bei der Nutzung von Kohle, Öl oder Ähnlichem. Und in Sachen CO₂-Einsparung ist das sicher der richtige Weg.
Sie haben noch Fragen zum Thema BHKW und KWK? Planen Sie mit uns Ihre BHKW-Anlage und lassen Sie sich fachkundig beraten.
