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 Energieausnutzung verbessern, weil die entstehende Wärme mitgenutzt wird – je nach Auslegung, Brennstoff und Betriebsweise.

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 nutzen die entstehende Wärme mit und können – je nach Anlage, Auslegung und Betriebsweise – hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen. Je nach Auslegung, Brennstoff und Nutzung kann KWK die Energieausnutzung verbessern und dadurch auch die laufenden Energiekosten entlasten. Mit Eigenstromproduktion kann sich – je nach Laufzeit und Eigenverbrauch – ein Teil des Strombedarfs abdecken lassen, was Preisschwankungen teilweise abfedern kann. Überschüssiger Strom kann sogar ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme in einem System. 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 möglichen Vergütungen oder Effekten aus der Stromerzeugung zusammen, wobei diese je nach energetischem Stand des Gebäudes und der Auslegung der KWK-Anlage variieren können. Je nach aktueller Förderlage und Voraussetzungen können in Deutschland Förderprogramme dazu beitragen, die Investition in KWK-Anlagen wirtschaftlich zu unterstützen. Je nach Programm können dazu Zuschüsse, steuerliche Vergünstigungen oder ein KWK-Zuschlag für selbst erzeugten Strom zählen. 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 Technik, die – bei passender Auslegung – ein Gebäude effizient mit Wärme versorgen kann. Sie sind nicht nur in der Lage, Wärme zu erzeugen, sondern generieren gleichzeitig auch Strom. Laut dem Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie sind viele der in Deutschland installierten Heizkessel älter und arbeiten im Vergleich zu modernen Anlagen oft weniger effizient. Ein Austausch kann – abhängig von Gebäudezustand, bisherigem System und Nutzungsverhalten – die Heiz- und Stromkosten spürbar entlasten. Je nach Ausgangssituation, Energiepreisen und Betriebsweise kann eine Brennstoffzellen-Heizung die jährlichen Energiekosten reduzieren; die tatsächliche Höhe sollte über eine individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnung ermittelt werden.

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. Je nach Marktentwicklung können Preise künftig weiter sinken; gleichzeitig können sich staatliche Förderbedingungen jederzeit ändern.

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 kann in bestimmten Mischungen mit Luft und bei einer Zündquelle explosionsfähig sein; in Brennstoffzellenanlagen wird er jedoch nur in kontrollierten Mengen und Systemen genutzt. 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. Bei fachgerechter Planung, Installation und Wartung kann eine Brennstoffzellenheizung ein Sicherheitsniveau erreichen, das mit gängigen Gasheizsystemen vergleichbar ist.