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Möglichkeiten der Energienutzung und Systemeinbindung

Ob hauptsächlich zur Stromerzeugung oder Produktion von Wärme: KWK-Anlagen lassen sich vielfältig einsetzen und sind in Kombination mit regenerativen Energiequellen besonders sinnvoll. Auch die Einbindung eines BHKW im Privatbereich ist möglich.

Möglichkeiten der Energienutzung

Nutzung von Strom
Deckung des Eigenbedarfs oder Einspeisung in das Stromnetz
Stromgeführter KWK-Betrieb: Die Anlage läuft, wenn Strom benötigt wird und kann sowohl der Versorgungssicherheit dienen als auch als Systemdienstleister (Dienste zur Funktionstüchtigkeit der Stromversorgung) fungieren.
Hauptsächlich werden GuD-Kraftwerke (mit Entnahme-Kondensationsturbine) eingesetzt, da diese eine hohe Stromkennzahl aufweisen.
Auch bei KWK-Anlagen, die vorrangig für die Stromproduktion eingesetzt werden, muss ein geeigneter Wärmeabnehmer vorhanden sein (gegebenenfalls in Kombination mit einem Wärmepufferspeicher).
Nutzung von Wärme
In der Industrie: Nutzung der erzeugten Wärme als Prozesswärme und / oder Einspeisung der Wärme in ein Wärmenetz.
Im Siedlungs- / Gebäudebereich: Private Nutzung der Wärme für Heizung (Raumwärme) und Warmwasserbereitstellung und / oder Einspeisung in ein Nahwärmenetz.
Wärmegeführter KWK-Betrieb: Die Anlage läuft, wenn Wärme benötigt wird. Der Strom wird bei fehlender Eigennutzung ins Stromnetz eingespeist.
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ist die Nutzung der Wärme aus einem KWK-Prozess zur Kälteerzeugung in einer wärmebetriebenen Kältemaschine. Dadurch entstehen auch außerhalb der Heizperioden ein höherer Wärmebedarf und eine daraus resultierende Erhöhung der Jahresbetriebsstundenzahl.

Systemeinbindung

Wärme- und Stromnetz
Kraftwerke speisen den gewonnenen Strom ins Stromnetz ein und geben die Abwärme an das Wärmenetz ab. Rund 80 % der Fernwärme in Deutschland wird durch KWK bereitgestellt. Wichtig für ein Wärmenetz sind dabei kurze Entfernungen sowie eine sehr gute Dämmung der Rohrleitungen, sodass Wärmeverluste gering bleiben.
Am wertvollsten ist es, wenn der Strom direkt verbraucht wird, da der Endkundenstrompreis die Erzeugungskosten um ein Vielfaches übersteigt und gleichzeitig Transportverluste vermieden werden.
Mehrere kleine BHKW können im Zusammenschluss eines virtuellen Netzwerkes ähnlich wie ein großes Kraftwerk an der Stromeinspeisung im Netz teilhaben. Hierfür werden die BHKW zentral gesteuert und können flexibel auf schwankenden Anteil der Erneuerbaren Energien (Sonne / Wind) reagieren und zur Stabilisierung der Netze angefahren werden. Es werden keine großen Einzelflächen benötigt und eine schnelle Regulierbarkeit des Systems erreicht.
Wärme- und Stromspeicher
Speicher können in beiden Varianten Sinn machen, denn Strom und Wärme werden immer gleichzeitig erzeugt, während zu bestimmten Zeiten nur Strom oder Wärme benötigt wird. Dies sollte im Einzelfall überprüft werden.
Bei einem stromgeführten Betrieb kann in Zeiten, in denen kein Wärmebedarf besteht, ein Wärmespeicher beladen werden.
Bei einem wärmegeführten Betrieb kann der momentan überflüssige produzierte Strom in einem Stromspeicher gespeichert und zu späterer Zeit verbraucht werden. Damit wird der Strombezug vom Energieversorger vermieden. Den entscheidenden Faktor spielt hierbei der Preis bzw. die Preisentwicklung des Stromspeichersystems.
Auch beim wärmegeführten Betrieb hat ein Wärmespeicher einen Vorteil. Die Laufzeit der Anlage und damit der Wirkungsgrad der Anlage erhöhen sich: Die Anlage läuft seltener an, dafür aber länger am Stück.
Kombination mit regenerativer Energie
Regenerative Energien als Energieträger sind sinnvoll. Fossile Energieträger wie Kohle, Diesel oder Erdgas können für den Betrieb der KWK-Anlage durch umweltfreundliche, regenerative Energieträger wie Holz, Biodiesel oder Biogas ersetzt werden. Dies wirkt sich positiv auf die CO2-Bilanz aus.
Auch erneuerbare Energien werden durch eine hohe Brennstoffausbeute des KWK-Prozesses am effizientesten genutzt, nicht nur fossile Energieträger.
Die Einbindung von Solarthermie in das Heizsystem ist nur bedingt sinnvoll und muss im Einzelfall geprüft werden. Im Bereich der Wärmeversorgung konkurriert die Solarthermieanlage mit der KWK-Anlage, da KWK-Anlagen im Betrieb hohe Wärmemengen erzeugen, die abgenommen werden müssen. Eine Solarthermie-Anlage generiert beispielsweise im Sommer, in dem häufig kein hoher Wärmebedarf besteht, zusätzlich Wärme.
Zukünftig gewonnener regenerativer Wasserstoff aus der Elektrolyse (bzw. synthetisches Methan als Folgeprodukt) kann zum Betrieb der KWK verwendet werden.
Einbindung eines BHKW im Privatbereich / Einfamilien- und Mehrfamilienhaus
Allgemein: KWK-Anlagen laufen im Privatbereich in der Regel wärmegeführt. Damit die KWK-Anlage eine hohe Laufzeit und somit einen höheren Wirkungsgrad besitzt, versorgt die Anlage die Grundlast des Wärmebedarfs. (Vorsicht vor Überdimensionierung der Anlage!)
Nötige Erweiterung: Es ist ebenfalls ein Spitzenlastkessel von Nöten, der an kalten Tagen parallel zugeschaltet wird. Dies sollte nach Möglichkeit ein effizienter Brennwertkessel oder eine umweltfreundliche Technik wie eine Pelletheizung sein.
Einspeisung / Nutzung: Auch hier gilt: Strom am besten selbst nutzen statt einspeisen.
Wirtschaftlichkeit: Ob eine KWK wirtschaftlich gesehen im Eigenheim Sinn macht oder nicht, muss vorab von einem Fachmann geklärt werden. Denn: Es ist eine stetige Wärmeabnahme von Nöten. Daher ist ein BHKW für Effizienzhäuser mit geringem Wärmebedarf nur bedingt geeignet. Hier bietet sich möglicherweise eine Brennstoffzelle an, da diese eine hohe Stromkennzahl aufweist.
Kosten: Da die KWK-Technologie mit einem Investitionsbetrag von ca. 15.000 - 30.000 Euro relativ kostenintensiv ist, sollte die Anlage mehr als 5.000 Stunden im Jahr betrieben werden (d. h. 2/3 des Jahres), damit sie wirtschaftlich sinnvoll ist.
Zusatzkosten: Da die meisten BHKW erdgasbetrieben sind, ist ein Erdgasanschluss von Nöten. Alternativ fallen Kosten für einen Tank für die Lagerung von Flüssiggas / Heizöl oder Pellets inklusive Pellet-Förderschnecke etc. an. Betriebskosten für Energieträger und regelmäßige Wartungskosten kommen zudem noch oben drauf.
Mehrfamilienhaus: Hierbei gilt es zu beachten, dass die Abnahme des Stroms nicht garantiert ist, da jeder Eigentümer / Mieter seinen Stromversorger frei wählen kann. Zudem sind weitere Bedingungen des Mieterstromgesetzes zu beachten.