Denken Sie über Kraft-Wärme-Kopplung nach?

04-26-2012 | Energieeffizienz

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) – auch als Wärmekraftkopplung (WKK) bezeichnet – ist ein Prozess, bei dem gleichzeitig Elektrizität und Energie erzeugt werden. Der Begriff hat zwar einen modernen Klang nach „grüner Energie“, existiert aber bereits, seitdem Edisons Kraftwerk „Pearl Street Station“ in den 1880er-Jahren die Wärme seiner Turbinen zum Heizen der Gebäude von Lower Manhattan nutzte. Die Kraft-Wärme-Kopplung wird auch heute noch eingesetzt , weil es Sinn macht, dass Sie die von Ihnen bezahlte Energie optimal ausnutzen.

Die Stromerzeugung ist nicht immer der erste Schritt der Kraft-Wärme-Kopplung. Der Prozess kann damit beginnen, die Wärme aus Brennöfen und anderen Industrieprozessen mit hohen Temperaturen zur Erzeugung von Wasserdampf zu nutzen, mit dem Turbinen angetrieben werden, um Strom zu erzeugen.

Bei einer anderen Technik werden brennbare Abfälle aus Sägewerken und Zuckerfabriken (oder sogar das Methangas von Abwasseraufbereitungsanlagen) zum Erwärmen von Heizkesseln und zur Unterstützung von Kraftwerken verwendet. Das zugrunde liegende Prinzip besteht darin, den Wirkungsgrad (und damit die Rentabilität) zu optimieren, indem die vorhandene Energie möglichst optimal genutzt wird. Fabriken, die als Nebenprodukt große Mengen an brennbarem Material produzieren (Papierfabriken und Sägewerke zum Beispiel), können durch den Verkauf der überschüssigen elektrischen Energie zusätzliche Erträge generieren. Darüber hinaus gibt es häufig Steueranreize für die Kraft-Wärme-Kopplung und die damit verbundene Energiespartechnologien, mit denen Kosten ausgeglichen werden können.

Zuckerfabrik, die ihre Heizkessel mit Zuckerrohrabfällen befeuert.
Die Zuckerfabrik Alta Mogiana beheizt ihre Heizkessel mit Zuckerrohrabfällen und produziert dadurch doppelt so viel Energie, wie sie verbraucht. Der Energieüberschuss wird an das örtliche Elektrizitätswerk verkauft

Wer nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung?

Die Kraft-Wärme-Kopplung eignet sich nicht nur für große Industrieunternehmen. Viele kleinere Einrichtungen wie Schulen und Krankenhäuser nutzen kleine, eigenständige Kraft-Wärme-Kopplungs-Einheiten, um ihren Energiebedarf für Strom, Heizung und Kühlung zu befriedigen. Wann immer eine große Menge an Energie verbraucht wird (egal welcher Art), kann Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden.

Was sind die Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung?

Niedrigere Energiekosten

Mithilfe der Kraft-Wärme-Kopplung können Einrichtungen, die brennbare Materialien als Nebenprodukte produzieren, eine im Wesentlichen kostenlose Kraftstoffquelle zum Preis eines Brenners, Heizkessels oder Generators nutzen. Einrichtungen, die nicht ihren eigenen Kraftstoff erzeugen, können häufig Erdgas für die Kraft-Wärme-Kopplung zu reduzierten Preisen kaufen. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung lassen sich die Energiekosten Schätzungen zufolge um bis zu 40 Prozent reduzieren.

Erhöhte Zuverlässigkeit der Energieversorgung und höhere Rendite

Notfall-Energieversorgungssysteme werden benötigt, wenn durch einen Stromausfall Menschenleben gefährdet wären (z. B. an Flughäfen und Krankenhäusern). Jedoch bedeuten Reserve-Generatoren eine große Investition, die keine Gegenleistung erbringt, wenn sie nicht genutzt wird. Eine eigenständige Kraft-Wärme-Kopplungsanlage ist einem Reserve-Generatorsystem sehr ähnlich, weist jedoch eine höhere Kapitalrendite auf. Mit einer richtig dimensionierten Kraft-Wärme-Kopplungseinheit kann der gesamte Strombedarf vor Ort gedeckt werden und das Versorgernetz wird zur Reserve-Stromquelle.

Reduzierte Umweltbelastung

>Die Maximierung der Kraftstoffeffizienz führt zu einer Senkung der Treibhausgasemissionen. Wenn Abwärme zurückgewonnen wird, wird weniger Kraftstoff zur Erzeugung der erforderlichen Energie benötigt. Ein Krankenhaus mit einer modernen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage beispielsweise liefert 100 Prozent eigenen Strom, muss keinen zusätzlichen Kraftstoff verbrennen, um seine Heizkessel zu befeuern, und verbraucht nahezu keine Energie für seine Kühlaggregate. Einem der größten Kraft-Wärme-Kopplungs-, Bau- und Beratungsunternehmen der USA zufolge kann eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage in einer solchen Einrichtung im Vergleich zur Versorgung durch ein herkömmliches Kraftwerk bis zu 250 Prozent weniger fossile Brennstoffe verbrauchen.

Wie entscheide ich, ob Kraft-Wärme-Kopplung für meine Einrichtung das Richtige ist?

Bei der Entscheidung für Kraft-Wärme-Kopplung sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Die Baukosten für eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage können höher sein als für den Bau eines herkömmlichen Kraftwerks für große Einrichtungen. Zusätzlich zu den Baukosten müssen die Instandhaltungskosten berücksichtigt werden.

Berater, die sich auf Kraft-Wärme-Kopplung spezialisiert haben, sollten in die Planung einbezogen werden. Anbieter von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen können außerdem eine ausgezeichnete Informationsquelle sein und das Programm des Advanced Manufacturing Office (AMO) des US-Energieministeriums kann technische Hilfestellung leisten.

Wann Sie Kraft-Wärme-Kopplung in Betracht ziehen sollten

  • Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen können jederzeit installiert werden, aber der beste Zeitpunkt dafür ist die Entwurfsphase.
  • Ein Abhitzekessel kann ein kostengünstiger Ersatz für einen alten Heizkessel sein.
  • Wenn Ihre Einrichtung auf eine zuverlässige Energieversorgung angewiesen ist.
  • Wenn Ihre Organisation die Energieeffizienz steigern und die Umweltbelastung reduzieren möchte.

Checkliste Kraft-Wärme-Kopplung

Hier sind einige Fragen, die Sie berücksichtigen sollten, wenn es um die Machbarkeit der Kraft-Wärme-Kopplung in Ihrer Einrichtung geht:

  • Wie viel Energie wird durch Elektro-, Heiz- und Kühlgeräte verbraucht? (Für die Beantwortung dieser Frage ist wahrscheinlich ein umfassendes Energie-Audit erforderlich.)
  • Wenn Ihre Heiz- und Kühlgeräte alt sind und Sie einen Austausch oder eine Überholung in Erwägung ziehen, könnte dies der richtige Zeitpunkt für die Integration einer Kraft-Wärme-Kopplung sein.
  • Welche Energiekosten würden Sie sparen?
  • Welche Steuergutschriften und sonstigen Mittel sind verfügbar? Ihre Einrichtung könnte möglicherweise von Steuergutschriften für Investitionen und die Erzeugung elektrischer Energie profitieren. Der American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) bietet 256 Millionen US-Dollar für Projekte im Zusammenhang mit industrieller Energieeffizienz einschließlich Kraft-Wärme-Kopplung.
  • Werden in Ihrer Einrichtung Methangase, Deponiegase oder Biokraftstoffe als Nebenprodukte erzeugt?
  • Was werden Sie für Erdgas zahlen, wenn es Ihre einzige Quelle für Heizkraftstoffe ist? Lassen Sie sich von Anbietern von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen beraten, um andere Kraftstoffquellen zu untersuchen und die Kosten zu vergleichen.
  • Wie viel Energie wird durch Elektro-, Heiz- und Kühlgeräte verbraucht? (Für die Beantwortung dieser Frage ist wahrscheinlich ein umfassendes Energie-Audit erforderlich.)
  • Wenn Ihre Heiz- und Kühlgeräte alt sind und Sie einen Austausch oder eine Überholung in Erwägung ziehen, könnte dies der richtige Zeitpunkt für die Integration einer Kraft-Wärme-Kopplung sein.
  • Welche Energiekosten würden Sie sparen?
  • Welche Steuergutschriften und sonstigen Mittel sind verfügbar? Ihre Einrichtung könnte möglicherweise von Steuergutschriften für Investitionen und die Erzeugung elektrischer Energie profitieren. Der American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) bietet 256 Millionen US-Dollar für Projekte im Zusammenhang mit industrieller Energieeffizienz einschließlich Kraft-Wärme-Kopplung.
  • Werden in Ihrer Einrichtung Methangase, Deponiegase oder Biokraftstoffe als Nebenprodukte erzeugt?
  • Was werden Sie für Erdgas zahlen, wenn es Ihre einzige Quelle für Heizkraftstoffe ist? Lassen Sie sich von Anbietern von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen beraten, um andere Kraftstoffquellen zu untersuchen und die Kosten zu vergleichen.
Kleine, eigenständige Generatoren erleichtern die Implementierung der Kraft-Wärme-Kopplung.
Kleine, eigenständige Generatoren und andere Kraft-Wärme-Kopplungsgeräte erleichtern die Planung und Implementierung der Kraft-Wärme-Kopplung.

Richtig geplant, installiert und gepflegt kann die Kraft-Wärme-Kopplung Ihrer Einrichtung Geld sparen, die Umweltbelastung reduzieren und eine zuverlässige Energiequelle bieten, aber dafür ist eine sorgfältige Planung erforderlich. Um die richtige Wahl zu treffen, müssen Sie Ihre Heiz-, Kühl- und Elektrizitätsanforderungen kennen und den Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung und die verfügbaren Optionen verstehen.

Weitere Informationen

Besuchen Sie zur Datensuche die Website „Industrial Distributed Energy“ (Dezentrale Energieerzeugung für die Industrie) des Energieministeriums der Vereinigten Staaten.

  1. Advanced Manufacturing Office (AMO)„ auf der Website „Energy Efficiency & Renewable Energy“ (Energieeffizienz und erneuerbare Energie) des Energieministeriums der Vereinigten Staaten
  2. Rich McKown, PE, „Combined Heat and Power: Reaping the Benefits of Changed Market Conditions (Kraft-Wärme-Kopplung: die Vorteile veränderter Marktbedingungen nutzen)“, Burns & McDonnell-Whitepaper, 2009
  3. Funding Opportunities (Finanzierungsmöglichkeiten)“ auf der Website „Energy Efficiency and Renewable Energy“ (Energieeffizienz und erneuerbare Energie) des Energieministeriums der Vereinigten Staaten