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 – bei passender Auslegung und hoher Laufzeit – die Brennstoffausnutzung verbessern und gegenüber einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme den Energieeinsatz reduzieren helfen.

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 können – je nach Auslegung und Betriebsweise – hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen. Je nach Wärmebedarf, Laufzeit und Stromnutzung kann KWK den Energieeinsatz besser ausnutzen und dadurch die laufenden Energiekosten im Gebäude entlasten. Mit Eigenstromproduktion kann sich – abhängig von Betriebszeiten und Eigenverbrauch – der Bezug von Netzstrom teilweise reduzieren, was Preisschwankungen abfedern kann. Überschüssiger Strom kann sogar ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) können – passend ausgelegt und betrieben – Strom und Wärme gleichzeitig erzeugen. 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 den Vergütungen oder Einsparungen der Stromerzeugung zusammen, wobei diese je nach energetischem Stand des Gebäudes und der Effizienz der KWK-Anlage variieren können. Trotz der hohen Anschaffungskosten können – abhängig von Voraussetzungen und aktueller Programmlage – Förderprogramme die Investition in KWK-Anlagen unterstützen. Je nach Voraussetzungen und aktueller Förderung können z. B. Zuschüsse, steuerliche Vergünstigungen oder ein KWK-Zuschlag für selbst erzeugten Strom in Frage kommen. 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 Option, um ein Gebäude – je nach Auslegung und Betriebsweise – effizient mit Wärme zu versorgen und zusätzlich Strom zu erzeugen. Sie sind nicht nur in der Lage, Wärme zu erzeugen, sondern generieren gleichzeitig auch Strom. Branchenverbände weisen darauf hin, dass viele installierte Heizkessel älter sind und im Vergleich zu modernen Systemen häufig weniger effizient arbeiten. Ein Austausch kann – abhängig von Gebäudezustand, Verbrauch und Stromnutzung – die Heiz- und Stromkosten spürbar entlasten. Durch die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme direkt am Verbrauchsort kann eine Brennstoffzellen-Heizung – je nach Gebäude, Laufzeit und Eigenstromnutzung – die jährlichen Energiekosten reduzieren.

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 die Preise künftig weiter sinken; gleichzeitig können sich Förderbedingungen ändern oder auslaufen.

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 gilt unter bestimmten Bedingungen als nicht explosiv; für eine Explosion sind passende Konzentration und eine Zündquelle erforderlich. 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 der Betrieb einer Brennstoffzellenheizung in Bezug auf Sicherheitsanforderungen mit einer herkömmlichen Erdgas-Heizung vergleichbar sein.