Kraft-Wärme-Kopplung (KWK): Funktion, Einsatzgebiete & Kosten im Überblick  

Der Wunsch vieler Eigenheimbesitzer ist möglichst unabhängig von den dauerhaft schwankenden Preisen auf dem Strommarkt zu sein. Das Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen macht diese Unabhängigkeit möglich, denn ähnlich wie große Kraftwerke erzeugen diese Anlagen neben Wärme auch Strom. Darüber hinaus ist diese Art der effizienten dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung auch umweltschonend: Die entstehenden CO2-Emissionen werden durch die KWK-Anlagen reduziert und das öffentliche Stromnetz entlastet. Wie diese Anlagen funktionieren und wo sie eingesetzt werden, erfahren Sie im folgenden Beitrag. 

> Was ist Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)? 
> Was sind die besten KWK-Technologien für Ein- und Mehrfamilienhäuser?
> Wo kommen KWK-Anlagen zum Einsatz? 
> Welche Brennstoffe gibt es in KWK-Anlagen?
> Was sind die Kosten der KWK-Anlagen?
> Was sind die Vor- und Nachteile von KWK-Anlagen? 

Was ist Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)? 

Das grundlegende Prinzip hinter der Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom. Durch einen Verbrennungsmotor oder andere Mechanismen wird die Stromproduktion über einen Generator ermöglicht. Die während der Stromproduktion entstehende Wärme gelangt durch einen Abgaswärmetauscher in Form von warmem Wasser in den Heizkreislauf. Dadurch wird diese für das Eigenheim oder den Gewerbebetrieb nutzbar gemacht. Die Wärme ist das Nebenprodukt der Stromerzeugung.  

KWK-Anlagen verfügen über einen sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 %. Warmes Wasser macht dabei 60 % aus, während Strom 30 % erzielt. Die restlichen 10 % gehen in Form von Abgasen verloren. Der Brennstoff wird also bestmöglich genutzt. Dadurch reduziert sich nicht nur die Abgabe der ungenutzten Wärme an die Umwelt, es werden außerdem Wärme und Strom für den Eigenbedarf produziert. Dieses Verfahren ist besonders umweltschonend, effizient und ermöglicht Unabhängigkeit von externen Energieversorgern. 

Die besten KWK-Technologien für Ein- und Mehrfamilienhäuser 

Es gibt unterschiedliche Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien, welche besonders für den Einsatz in Ein- oder Mehrfamilienhäusern konzipiert sind: 

• Blockheizkraftwerk
  Das wohl bekannteste KWK-System ist das Blockheizkraftwerk (BHKW). Dieser Verbrennungsmotor, der mit Öl oder Gas betrieben wird, treibt einen Generator an, welcher Strom erzeugt. Die Abwärme gelangt über einen Pufferspeicher in das Heizsystem. Für den Einsatz in Einfamilienhäusern gibt es spezielle Nano-BHKWs. Diese decken die Wärmegrundlast der Gebäude ab. Meist werden derartige KWK-Anlagen in Verbindung mit einer Gas- oder Ölheizung betrieben.
• Stirling-Motor
  Das Stirling-Heizgerät produziert ebenfalls Wärme und Strom. Allerdings kommt in diesen Anlagen kein Verbrennungsmotor zum Einsatz, sondern ein physikalischer Prozess ermöglicht die Umwandlung von Wärme in mechanische Bewegungsenergie. Aus dieser wird wiederum Strom erzeugt. Die Besonderheit dieser KWK-Anlage ist, dass diese mit so gut wie allen Heizsystemen kombinierbar ist. Daher finden kleinere Stirling-Geräte häufig in Neu- und Altbauten Verwendung. 
• Brennstoffzelle
  Brennstoffzellen nutzen für die Strom- und Wärmeerzeugung keine Verbrennung, sondern elektrochemische Verfahren. Der aus Erdgas gewonnene Wasserstoff wird während dieser Prozesse gespalten. Dadurch ist es den frei gewordenen Elektronen möglich, sich zwischen zwei Elektroden zu bewegen. Während dieses Vorgangs entsteht Strom. Bei dieser Verbindung der Teilchen mit Sauerstoff wird eine kontrollierte Reaktion in Gang gesetzt, welche Wärme freisetzt. Brennstoffzellen erzeugen, anders als andere KWK-Anlagen, Wärme und Strom in einem annähernd gleichen Verhältnis. Brennstoffzellen finden sich oft in energieeffizienten Neubauten. 

Wo kommen KWK-Anlagen zum Einsatz? 

Da Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen immer dann Strom produzieren, sobald Wärme benötigt wird, lohnen sie sich besonders bei einem ganzjährig gleich – oder zumindest ähnlich bleibenden Strom- und Wärmebedarf. Die Anlage schaltet sich automatisch ab, sobald die Wärmeproduktion die Kapazität des Pufferspeichers übersteigt. Dementsprechend produziert die Anlage dann keinen Strom mehr. Am effizientesten sind KWK-Anlagen, wenn diese während des gesamten Jahres sowohl Wärme als auch Strom produzieren. Da zu groß oder zu klein dimensionierte Anlagen schnell zu Verlusten der Effizienz führen können, muss der Wärmebedarf des Gebäudes zur Größe der Anlage passen: 

• Typischerweise kommen KWK-Anlagen in Heizkraftwerken oder in der Industrie zum Einsatz 
• Bei kleineren KWK-Anlagen handelt es sich um Betriebseinheiten, welche modular mit unterschiedlichen elektrischen Leistungsklassen außerhalb der Heizkraftwerke in Krankenhäusern, Hotels oder Gewerbegebäuden Verwendung finden.  
• Nano BHKWs, Sterling-Geräte und Brennstoffzellen werden in Wohngebäuden häufig als Grundlastheizung eingesetzt. 

Ob eine KWK-Anlage in einem Ein- oder Mehrfamilienhaus sinnvoll ist, hängt neben den technischen Eigenschaften der Geräte ebenfalls vom Wärmebedarf im Gebäude und den örtlichen Gegebenheiten ab. In kleineren Haushalten lohnen sich KWK-Anlagen oft nicht, da diese häufig einen geringen Energiebedarf aufweisen.

Brennstoffe in KWK-Anlagen 

Abhängig davon, welche Technologie die KWK-Anlage zur Wärme- und Stromproduktion nutzt, kommen verschiedene Brennstoffe zum Einsatz: 

• Gas
  Die Gewinnung des Brennstoffs Gas erfolgt in unterirdischen Lagerstätten. Nach der Aufbereitung wird das Gas in öffentliche Versorgungsnetze eingespeist und gelangt über diese zu privaten, gewerblichen und industriellen Abnehmern. Neben fossilem Erdgas besteht die Alternative, Biogas zu nutzen. Dieses wird bei Vergärungsprozessen von Lebensmittelresten, Pflanzen oder Gülle gewonnen. Der erneuerbare Brennstoff besteht zu großen Teilen aus Methan, Kohlendioxid und Sauerstoff. Aufgrund der Aufbereitung des Biogases gleicht es in den chemischen Eigenschaften dem fossilen Erdgas. Sowohl Erdgas als auch Biogas gelangen über eine Versorgungsleitung zum Einsatzort. Flüssiggas, welches hauptsächlich aus Butan oder Propan besteht, kann hingegen in Flüssiggastanks direkt auf dem Grundstück gelagert werden. 
• Heizöl
  Bei Heizöl handelt es sich um einen fossilen flüssigen Brennstoff. Premium-Heizölen werden von den Mineralölstoffhändlern verschiedene Zusätze beigefügt, welche zum einen die Qualität erhöhen und zum anderen den Verbrauch senken sollen. Bei Bio-Heizöl handelt es sich um eine umweltfreundlichere Alternative, da es schwefelarm ist und einen regenerativen Anteil von ungefähr 10 % enthält. Gerätehersteller geben darüber Auskunft, ob das Bioheizöl sich für die verwendete KWK-Anlage eignet. 
• Holz
  Auch aus der Holzverbrennung lässt sich dank Weiterentwicklungen der Stirling-Technik Strom gewinnen. Der nachwachsende, CO2-neutrale Rohstoff kommt in Form von Pellets in automatischen Heizanlagen zum Einsatz. Pellets sind aufgrund ihrer Zusammensetzung und Größe platzsparend und können rückstandsfrei verbrannt werden. 

Kosten der KWK-Anlagen 

Neben den Anschaffungskosten für die Anlage ergeben sich laufende Kosten für die Lagerung und den Bezug der Brennstoffe sowie die Verbrauchskosten im laufenden Betrieb: 

• Kosten für die Beschaffung und die Lagerung der Brennstoffe
  Die Kosten für die Beschaffung und die Lagerung der Brennstoffe ist je nach Art des Brennstoffes unterschiedlich. Bei der Verwendung von Erdgas ist es notwendig, einen Gasanschluss legen zu lassen, sofern nicht bereits einer vorhanden ist. Für die Flüssiggaslagerung und die Lagerung von Heizöl ist ein entsprechender Tank notwendig. Aber auch bei der Verwendung von Pellets entstehen Kosten. Schließlich wird für diese ein Lagerraum inklusive Fördertechnik zum automatischen Transport in den Heizofen benötigt.
• Anschaffungskosten für die KWK-Anlage
  Die Preise der KWK-Anlagen variieren abhängig von der verwendeten Technologie und der Größe der Anlage. Allerdings sind die Anschaffungs- und Installationskosten deutlich höher als bei herkömmlichen Heizsystemen: für ein Nano-Blockheizkraftwerk als kleinste verfügbare Variante mit einer Leistung von bis 2,5 kW müssen bereits ca. 15.000 Euro eingeplant werden.  
• Kosten im laufenden Betrieb
  Neben den entstehenden Heizkosten haben Sie Vergütungen und Einsparungen, welche durch die Stromgewinnung erzielt werden. Auch diese gehören zu den Betriebskosten einer KWK-Anlage. Diese Kosten sind vom energetischen Zustand des Gebäudes und weiteren Faktoren abhängig. Daher sind zuverlässige Aussagen für die Höhe lediglich nach eingehender Analyse der Verbrauchswerte möglich. 

Vor- und Nachteile von KWK-Anlagen 

Vor der Anschaffung einer KWK-Anlage gilt es mehrere Aspekte abzuwägen. Hier finden Sie eine Übersicht über alle Vor- und Nachteile, die KWK-Anlagen mit sich bringen:

Fazit: Kraft-Wärme-Kopplung als energieeffiziente Technologie  

KWK-Anlagen ermöglichen die gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme. Dadurch ergeben sich für ihre Besitzer einige Vorteile wie beispielsweise niedrigere Energiekosten und ein hohes Maß an Unabhängigkeit. Doch eine KWK-Anlage eignet sich leider nicht für jedes Eigenheim. Die Stromproduktion ist abhängig von einem gewissen Wärmebedarf. Daher ist es ratsam, vor dieser kostspieligen Investition in eine solche Anlage von einem Fachmann überprüfen zu lassen, ob sie sich überhaupt rentiert. 

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