Kraft-Wärme-Kopplung

Kraftwärmekopplung

Nachhaltigkeit und Kraftwärmekopplung waren in den letzen Jahren  immer wieder zu hören und haben sich langsam aber sicher in den Wortschatz der Allgemeinheit einprägt. Und das nicht ohne Grund. Unsere fossilen Energiereserven wie Öl, Kohle oder Diesel sind fast aufgebraucht.

• Doch was genau ist eigentlich mit Nachhaltigkeit gemeint ?

• Was genau ist Kraftwärmekopplung und wirtschaften wir überhaupt nachhaltig, wenn man sich unsere Energiewirtschaft einmal genauer unter die Lupe nimmt ?

Möglichkeiten der Kraftwärmekopplung

Grundsätzlich gibt es zwei Arten der Kraftwärmekopplung

Abwärmenutzung

Ein Sonderfall der Kraftwärmekopplung ist die reine Abwärmenutzung, die hauptsächlich für Verbrennungsmotoren in Frage kommt, die über die Auspufffgase und das Kühlwasser des Motorblocks hochtemperierte Abwärme abgeben. Wird diese Energie über einen Wärmetauscher an einen Heizkreislauf übertragen, steigt die Ausnutzung des Brennstoffs auf bis zu 85 Prozent.
Kraftwerke mit Verbrennungsmotoren werden deshalb nur selten als Blockkraftwerke, sondern häufig häufig als Blockheizkraftwerke errichtet.
Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz einer solchen Anlage ist allerdings ein möglichst konstanter Wärmebedarf.

Dampfheizkraftwerke

Bei Dampfkraftwerken lässt sich die Abwärme des Kühlwassers nutzen.
Für die Beheizung von Wohnungen reicht die Wärme nicht aus. Daher muss muß auf einen Teil der elektrischen Leistung verzichten, um dem Kraftwerk Wärme mit höherer Temperatur entnehmen zu können. Dafür gibt es wiederum zwei Möglichkeiten.

In einem herkömmlichen dampfbasierten kohlebefeuerten Kraftwerk mit kondensierendem Betrieb werden ca. 40-45% der Brennstoffenergie in Elektrizität umgewandelt. Die restliche Energie bleibt ungenutzt und verschwindet mit dem Kühlwasser ins Meer und mit dem warmen Rauchgas aus dem Kessel durch den Schornstein in die Atmosphäre.

Gegendruck-Heizkraftwerk

In einem Gegendruck-Heizkraftwerk erfolgt die Stromerzeugung wie in einem Kraftwerk, allerdings wird die Kondensationswärme des Dampfes nicht mit dem Kühlwasser abgeleitet, sondern mit dem kalten Rücklaufwasser aus einem Fernwärmeleitungsnetz gekühlt und dadurch zur Wärmeerzeugung genutzt.
Das Ziel ist also eine möglichst hohe Temperatur des "Kühlwassers", das dann aufgewärmt wieder in das Fernwärmenetz eingespeist wird.
 
Der Nachteil: Starre Kopplung von Strom und Wärmeabgabe: bei geringem Wärmebedarf wird auch die Stromerzeugung gering, gering, da das Fernwärmewasser den Dampfkreislauf des Heizkraftwerkes nur begrenzt kühlen kann. Die bessere Brennstoff-Ausnutzung kann sich bei einem solchen Heizkraftwerk nur rentieren, wenn ein ganzjährig gleichbleibender Wärmebedarf besteht. Gegendruck-Heizkraftwerke werden deshalb fast nur für Industriebetriebe gebaut.
 

Entnahme-Kondensations-Heizkraftwerk

Gebräuchlicher ist das Entnahme-Kondensations-Heizkraftwerk:
Hier entnimmt man den Dampf für den Heizkondensator nicht am Ende der Turbine, sondern schon zuvor. Ein solches Heizkraftwerk kann sich dem schwankenden Wärmebedarf der Fernheizung anpassen, indem es wahlweise mehr Strom oder mehr Wärme produziert. Die Einbuße beim elektrischen Wirkungsgrad wird mehr als wettgemacht durch die bessere Ausnutzung des Brennstoffs.
Während der Wirkungsgrad eines modernen Steinkohlekraftwerks bei reiner Stromerzeugung etwa 43 Prozent beträgt, kann bei dieser Art Kraftwärmekopplung die Brennstoffausnutzung auf bis über 80 Prozent gesteigert werden. - Allerdings sind das Idealwerte, die nur unter optimalen Bedingungen kurzfristig erreicht werden.
In der Praxis ist die Brennstoffausnutzung wegen des ungleichmäßigen oder fehlenden Bedarfs an Wärme und Strom mit 55-60% wesentlich geringer.