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Kraft-Wärme-Kopplung,

 

Abkürzung KWK, die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie, die in der Regel unmittelbar in Elektrizität umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizzwecke (Fernwärme) oder Produktionsprozesse (Prozesswärme) in einem thermodynamischen Prozess in einer Anlage (Heizkraftwerk).

 

In Kraftwerken zur ausschließlichen Stromerzeugung werden Teilmengen des Dampfes, der der Turbine zugeführt wurde, an einer oder mehreren Stellen der Turbine geregelt (Entnahme) oder ungeregelt (Anzapfung) entnommen, um anschließend das Speisewasser vorzuwärmen, was den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses erhöht. In Heizkraftwerken dagegen werden größere Teilmengen entnommen und dazu verwendet, externe Wärmeverbraucher zu versorgen, entweder direkt als Heizdampf beziehungsweise zur Unterstützung chemischer Prozesse (Prozessdampf) oder indirekt zur Abgabe der Wärmeenergie über einen Wärmetauscher. Die Restdampfmenge in der Turbine kann dann bis zur Kondensation unter Vakuum (Kondensationsturbine) durch Umwandlung in mechanische Energie entspannt werden. In anderen Fällen erfolgt keine Entnahme, der im Dampferzeuger bereitgestellte Dampf wird bis zu einem darüber liegenden Enddruck (»Gegendruck«) der Turbine (Gegendruckturbine) entspannt, um von dort insgesamt als weiterer Heizdampf einen Wärmeverbraucher direkt oder indirekt zu versorgen. Der Gegendruck liegt dabei meist über dem Umgebungsdruck. Bei Gegendruckturbinen ist die Stromerzeugung starr an die Wärmeerzeugung gekoppelt, was stets einen gleichzeitigen Strom- und Wärmebedarf erfordert. Dies ist z. B. bei industriellen Prozessen der Fall, wobei aus wirtschaftlichen Gründen der Wärmebedarf den KWK-Prozess bestimmt.

 

Da bei der Dampfentnahme für externe Verbraucher die Energie der ausgekoppelten Dampfmenge nicht der Stromerzeugung dienen kann, fällt Letztere gegenüber ausschließlich dafür ausgelegten Anlagen zwangsläufig geringer aus. Im Vergleich zur getrennten Stromerzeugung in Kondensationskraftwerken und Dampferzeugung für Heiz- oder Prozesszwecke in Dampfkesseln ohne nachgeschaltete Turbine (Heizwerk) kann bei KWK, insbesondere in industriellen Prozessen mit hohen jährlichen Auslastungen, insgesamt die eingesetzte Primärenergie besser ausgenutzt werden. Im Idealfall lassen sich Nutzungsgrade von 85 bis 90 % erreichen, allerdings mit kleinerem elektrischem Wirkungsgrad. Aufgrund des saisonal stark schwankenden Wärmebedarfs in der öffentlichen Versorgung und des wechselnden Verhältnisses von Wärme- und Strombedarf sind jedoch die jährliche Ausnutzungsdauer sowie die Nutzungsgrade im Mittel geringer. Neben Heizkraftwerken werden auch Blockheizkraftwerke zu den KWK-Anlagen gezählt.

 

Der Beitrag der Kraftwerke mit KWK zur öffentlichen Stromversorgung betrug in Deutschland 1998 etwa 26,4 Mrd. kWh (von insgesamt 458,1 Mrd. kWh) bei einer installierten elektrischen Leistung von 11 254 MW. Ihr Anteil an der Fernwärmeversorgung betrug rd. 62 %. Der Anteil der Fernwärme machte an der gesamten Heiz- und Prozesswärmemenge rund 7 % aus. Der Ausbau der KWK gilt heute als eine der wesentlichen Optionen für den Klimaschutz und bildet eine der Hauptsäulen des nationalen Klimaschutzprogramms. Zusammen mit den KWK-Anlagen der Industrie beträgt der Anteil der gekoppelten Stromerzeugung derzeit rd. 10 %. Durch die von der Bundersregierung Mitte 2001 beschlossene Bonuslösung, die wesentlichen Anreize für die Modernisierung der bestehenden Anlagen setzt, und eine Selbsverpflichtungserklärung der Stromwirtschaft für den Neubau v. a. industrieller KWK-Anlagen soll dieser Anteil bis 2010 etwa verdoppelt werden.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Energieversorgung: Alte Systeme im neuen Gewand