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Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Effizienz aus Prinzip

Mit KWK-Kalkulator

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Inhalt

Kraft-Wärme-Kopplung: Effizienz aus Prinzip

Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit,

Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit .................................................. 5

KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff .................................... 7

Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK ....................... 9

KWK: Effizienz statt Emissionen ................................................................................. 11

Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen

Potenziale für den Ausbau von KWK .......................................................................... 13

Abkürzungen und Glossar ........................................................................................... 14

Bilder:

Oben: KWK-Anlage der Energie- und

Medienversorgung im Industriepark

Ludwigshafen, MVV Energie AG

Unten links: Das Heizkraftwerk der

N-ERGIE mit moderner Gas- und Dampf-

Technologie (GuD) sorgt dafür, dass in

Nürnberg jährlich bis zu 140.000 Tonnen

Kohlendioxid eingespart werden

Unten rechts: Gasturbine GTX100 für das

Heizkraftwerk der N-ERGIE in Nürnberg

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Greifbare Argumente für eine vielseitig einsetzbare und intelligente Zukunftstechnologie.

KWK hat viele Vorteile: • Ressourcenschonung: extrem hohe Brennstoffausnutzung und damit niedriger

Primärenergieverbrauch

• Umweltverträglichkeit: deutlich geringere CO2-Emissionen als bei getrennter

Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme

• Versorgungssicherheit: Unabhängigkeit durch breite Palette von einsetzbaren Energieträgern – von Biogas bis Kohle

• Wirtschaftlichkeit: besonders konkurrenzfähig bei entsprechend hoher Wärmenachfrage

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Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit

Eine nachhaltige, zukunftsfähige Energiepolitik muss drei Aspekte

gleichermaßen berücksichtigen: Umweltverträglichkeit, Versor-

gungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Die deutschen Energieun-

ternehmen bekennen sich mit Nachdruck zu diesen Vorgaben des

energiewirtschaftlichen Zieldreiecks. Die Kraft-Wärme-Kopplung

kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass diese Ziele gleich-

zeitig und gleichgewichtig erreicht werden.

Der Vorteil von Kraftwerken mit KWK-Technologie liegt in der beson-

ders effizienten Betriebsweise, wenn ein gleichzeitiger Bedarf für

Strom und Wärme gegeben ist. Während konventionelle Kraftwerke die

bei der Stromerzeugung anfallende Wärme konstruktionsbedingt zum

Teil ungenutzt an die Umgebung abgeben, wird sie bei KWK-Anlagen

insbesondere in Industrieprozessen und zur Wärmebereitstellung in

Haushalten genutzt. Kein anderer Prozess der Energieerzeugung nutzt

den Brennstoff so gut aus wie die Kraft-Wärme-Kopplung: Der Energie-

gehalt des Brennstoffs wird zu mehr als 80 % in nutzbaren Strom und

nutzbare Wärme umgewandelt. In Sachen Effizienz bedeutet das:

Gegenüber der konventionellen Erzeugung von Strom und Wärme spart

KWK bis zu 48 % Primärenergie ein!1 Entsprechend geringer sind auch

die CO2-Emissionen.

Der relativ geringe spezifische Energieträgereinsatz mindert darüber

hinaus die Abhängigkeit von Importen. Zur Versorgungssicherheit trägt

auch die breite Palette einsetzbarer Brennstoffe bzw. Primärenergieträ-

ger bei. KWK-Anlagen können mit klassischen und erneuerbaren Ener-

giequellen betrieben werden – von Biogas bis Kohle. Dies ermöglicht

den Betreibern große Flexibilität.

Mit ihrer optimalen Ausnutzung der eingesetzten Energie tragen

KWK-Anlagen wesentlich zur Minderung von CO2-Emissionen bei und

weiteres Potenzial ist vorhanden: Die Bundesregierung misst dem Aus-

bau von KWK daher in ihrem Integrierten Energie- und Klimaschutz-

programm eine erhebliche Bedeutung bei. In einem zukunftsfähigen

Konzept für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung muss die

KWK eine wesentliche Rolle übernehmen.

Mit Steinkohle befeuerte KWK-AnlageKonventionelles Steinkohlekraftwerk

1 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes

100%

Brenns

toffe

20% Verlust

30% Strom

50%

Wärm

e

Wohnraum- beheizung

Kühlung

Industrie- prozesse

Warmwasser- bereitung

Landwirtschaft100%

Brenns

toffe

41% Strom

59% Verlust

KWK: Eine Entscheidung für die Zukunft.

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• Flexibilität: breite Palette von Brennstoffen einsetzbar • Nachhaltigkeit: KWK ist zentrales Element im Klimaschutzprogramm

der Bundesregierung

• Klimaschutz: EU-weit rund 100 Millionen Tonnen CO2-Einsparung pro

Jahr durch KWK2

2 Quelle: Europäische Kommission, 2008

Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Nutzwärme ist

höchst effizient, da die im Brennstoff gespeicherte Energie

nahezu optimal ausgeschöpft wird. Für eine zukunftsfähige,

klimaschonende Energieversorgung in Deutschland kann die

Kraft-Wärme-Kopplung eine wichtige Rolle übernehmen –

nicht zuletzt in Kombination mit dem Einsatz erneuerbarer

Energien.

KWK-Anlagen können mit allen verfügbaren – klassischen wie

erneuerbaren – Energiequellen und Brennstoffen betrieben

werden. Dazu gehören Kohle, flüssige Kraftstoffe, Erdgas oder

Bio-Erdgas ebenso wie feste und flüssige Biomasse, Erdwärme

sowie Abfälle beziehungsweise Reststoffe.

So kann beispielsweise Biogas in landwirtschaftlichen Betrieben

direkt zur Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraft-

werken genutzt werden. Büro- und Mehrfamilienhäuser

könnten ihren Strom und ihre Wärme aus Mini-KWK-Anlagen

beziehen, die mit Bio-Erdgas betrieben werden. Moderne

KWK-Anlagen, die ganze Stadtteile mit Wärme beliefern,

nutzen sowohl Kohle und Erdgas als auch Müll und Biomasse.

Durch die Kombination aus dem Einsatz von erneuerbaren

Brennstoffen und der besonders effizienten Funktionsweise

von KWK-Anlagen werden heute schon in der Europäischen

Union jährlich mehr als 100 Millionen Tonnen CO2 eingespart.

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KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff!

AbfallKohle

Biomasse

Erdgas

Biogas

Öl

Strom

Wärme

KWK-Aggregat z.B.

Motor / Generator

Dampf-turbine / Generator

Brennstoff-zelle

Gasturbine / Generator

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Jede Situation ist anders,das Prinzip bleibt gleich.

KWK ist vielseitig: • für Anlagen verschiedenster Größen

• für Wärmenetze unterschiedlicher Ausdehnung

• für Industrie, Gewerbe, Stadtgebiete, öffentliche Einrichtungen

und private Haushalte

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Links: Mini-BHKW im

Contracting der GASAG-Gruppe

Mitte: erdgasbetriebenes

Blockheizkraftwerk im „Sunpark

Nordseeküste”, EWE AG

Rechts: Heizkraftwerk Nord der

Stadtwerke München GmbH

Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK

KWK-Anlagen erfüllen bei der Deckung des Wärme- und

Kältebedarfs die unterschiedlichsten Anforderungen der

Kunden. Sie liefern Wärme und Kälte für städtische Ver-

sorgungssysteme, für einzelne Gebäudekomplexe wie

Wohnhäuser, Büroanlagen, Einkaufszentren, Sporthallen

oder Schwimmbäder genauso wie die Prozesswärme für

Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft. Je nach Bedarf

können unterschiedliche Anlagentypen und -größen

eingesetzt werden.

Heizkraftwerke sind gas-, bio-erdgas-, biomasse- oder

kohlebefeuerte Großanlagen mit bis zu mehreren 100

Megawatt elektrischer Leistung. Sie versorgen ganze

Stadtteile oder Industrieanlagen mit Fern- und Prozess-

wärme. Die erzeugte Wärme wird über Fernwärmenetze

transportiert. Hochmoderne Rauchgasreinigungsanlagen

sorgen dafür, dass Umweltbelastungen wie der Ausstoß

von Feinstaub oder Schadstoffen (Schwefeldioxid und

Stickoxide) sowie Geruchsbelästigungen auf ein Minimum

begrenzt bleiben.

Blockheizkraftwerke (BHKW) sind mittelgroße KWK-

Anlagen mit einer elektrischen Leistung zwischen

50 Kilowatt und 20 Megawatt. Sie versorgen Wohnblocks

und Siedlungen, Krankenhäuser und Industriebetriebe

sowie Geschäfts- und Gewerbegebäude. Der heute am

häufigsten verwendete Energieträger ist Erdgas, zuneh-

mend wird auch Bio-Erdgas eingesetzt. BHKW schalten

sich bei Bedarf ein, versorgen die Gebäude mit Wärme

und speisen den erzeugten Strom ins Hausnetz bzw. in

das örtliche Stromnetz ein.

Mini- und Mikro-KWK sind kleine Blockheizkraftwerke

mit einer elektrischen Leistung von 5 bis 50 Kilowatt. Noch

kleinere Anlagen, sogenannte Mikro-KWKs, werden derzeit

in Feldversuchen getestet. Diese meist mit Gas betriebe-

nen Anlagen, auch „Strom erzeugende Heizung“ genannt,

können in Zukunft einzelne Gebäude wie Ein- oder Mehr-

familienhäuser mit einer elektrischen Leistung von bis zu

5 Kilowatt versorgen. Die Größe einer Mikro-KWK-Anlage

ist mit der einer Gastherme oder Waschmaschine vergleich-

bar. Sie kann beispielsweise im Keller installiert und an jede

Hausheizung angeschlossen werden. Der erzeugte Strom

kann selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist

werden.

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Mit Schwung in die Zukunft,aus Prinzip flexibel.

• zukunftsweisende Lösung für unternehmerisch sinnvolles

und umweltbewusstes Handeln

• Beitrag zur Belebung der Wirtschaft

• geringe Energieübertragungs- und -verteilungsverluste

• bis zu 48 % weniger CO2-Emissionen gegenüber getrennter Erzeugung

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Die Kraft-Wärme-Kopplung leistet einen wesentlichen Beitrag zum

Klimaschutz und zur weiteren umweltpolitischen und wirtschaft-

lichen Entwicklung. Sie führte bereits in den letzten Jahren zu einer

höheren Energieeffizienz und zu signifikanten Energieeinsparungen

in Deutschland.

Die hocheffiziente KWK-Technologie schont Ressourcen und macht

uns damit unabhängiger in der Energieversorgung. Deutschland verfügt

im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung über fundiertes Technologie-Know-

how, das Exportperspektiven eröffnet, die deutsche Wettbewerbs-

fähigkeit stärkt und wirtschaftliche Entwicklungschancen bietet. Dies

gilt besonders für die regionale und lokale Ebene und hilft damit

auch den Handwerkern vor Ort.

Für eine KWK-Anlage sind größenbedingt zunächst höhere Investi-

tionen als für konventionelle Technik erforderlich.

Durch die gleichzeitige Wärmenutzung ergibt sich jedoch langfristig ein

Vorteil bei den Betriebskosten.

KWK-Anlagen speisen in der Regel den erzeugten Strom nicht in das

Höchstspannungsnetz ein, sondern je nach Größe in Verteilnetze auf

einer niedrigeren Spannungsebene und geringerer Ausdehnung. Kurze

Entfernungen minimieren den Transportverlust, steigern zusätzlich die

Effizienz und verbessern die Umweltbilanz.

Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme in einer erdgasbefeu-

erten modernen KWK-Anlage kann die CO2-Emissionen um bis zu

48 % reduzieren (im Vergleich mit der konventionellen Stromerzeugung

aus konventionellen Kraftwerken in Verbindung mit der Wärmeerzeu-

gung aus einem Öl-/Erdgaskessel). Selbst gegenüber der getrennten

Erzeugung von Strom und Wärme in technisch ausgereiften GuD-Kraft-

werken und Brennwertkesseln ist der CO2-Ausstoß von KWK-Anlagen

immer noch um 10 % niedriger.3

KLIMA(SCHUTZ)-WIRKUNG

fossil

ungekoppelte Erzeugung

(nur Strom bzw. Wärme)

CO2-Neutralität

Energiee

ffizienz

Eing

esetzte Te

chno

logie

Eingesetzte Brennstoffenergie

regenerativ

gekoppelte Erzeugung

(Strom & Wärme im KWK)

KWK: Effizienz statt Emissionen

3 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes

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Aus Prinzip gewinnen –mit Engagement undEntschlossenheit.

• Globalität: Ausschöpfung des KWK-Potenzials auf nationaler

und internationaler Ebene

• Weitblick: Ziel der Bundesregierung (KWK-Anteil bei 25 % bis 2020)

kann erreicht werden und weiteres Potenzial ist vorhanden

• Unterstützung: BDEW und seine Mitgliedsunternehmen machen sich

für KWK-Ausbauziel stark

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Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen und übermorgen – Potenziale für den Ausbau von KWK

Die Entscheidung für Kraft-Wärme-Kopplung ist eine fortschritt-

liche und zukunftsorientierte Entscheidung. Das KWK-Prinzip erfüllt

die gesellschaftlichen Erwartungen an erfolgreichen Klimaschutz

und den klugen Umgang mit wertvollen fossilen und erneuerbaren

Ressourcen. Der gegenwärtige KWK-Anteil von rund 16 % an der

gesamten Stromversorgung in Deutschland kann wesentlich gestei-

gert werden.

Mit den Meseberger Beschlüssen von 2007 hat die Bundesregierung

das Ziel gesetzt, den KWK-Anteil an der gesamten Stromerzeugung bis

2020 auf 25 % zu erhöhen. Dieses Ziel wird erreicht, wenn der Ausbau

der KWK-Technologie deutlich beschleunigt wird. Die Potenziale zu

einer Erhöhung der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sind

vorhanden. So können bestehende Heizkesselanlagen problemlos um

KWK-Aggregate erweitert oder Gebäude an die Fernwärmeversorgun-

gen auf KWK-Basis angeschlossen werden. Gerade für Verbraucher

mit einem großen Wärmebedarf, z.B. Gewerbe und Industrie, ist die In-

stallation von KWK-Technologien eine sinnvolle Lösung. Das Umwelt-

bundesamt gibt beispielsweise in seiner Studie zu einer nachhaltigen

Energieversorgung das KWK-Potenzial bis 2030 – unter den optimalen

Rahmenbedingungen eines Szenarios „Umwandlungseffizienz“ – mit

rund 33 % in 2030 an.4

In einigen europäischen Staaten hat man die Chancen bereits erkannt

und den Ausbau von KWK-Anlagen gezielt gefördert. In Finnland liegt

der Anteil der Stromerzeugung aus KWK-Anlagen bei rund 35, in Däne-

mark sogar bei fast 50 %.

Der BDEW und seine Mitgliedsunternehmen arbeiten täglich für eine

sichere, nachhaltige und wirtschaftliche Energieversorgung für die

Menschen in diesem Land. In den nächsten zehn Jahren wird die Bran-

che rund 40 Milliarden Euro in die Modernisierung und den Ausbau des

deutschen Kraftwerksparks investieren. Der BDEW setzt sich dafür ein,

bundesweit politische Rahmenbedingungen zu schaffen, um den zügi-

gen Ausbau und die Verbreitung von KWK auch aus unternehmerischer

Sicht bundesweit attraktiver zu gestalten.

4 Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes.

Ländervergleich: Anteil der KWK an der Gesamtstrom-erzeugung in 2008 und Ziel der Bundesregierung 2020

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

%

65

70

KWK-Anteil in D (Daten aus 2009)

Ziel der Bundes-regierung

EU-DurchschnittKWK-Anteil

DK FIN NL PL EU ES UK FAD*

Abkürzungen und Glossar

Biogas / Bio-Erdgas:

Biogas ist ein brennbares Gas, das durch die Vergärung von Biomasse

(z.B. Abfall- und Reststoffe aus der Landwirtschaft, Energiepflanzen

etc.) gewonnen wird. Bio-Erdgas ist in Aufbereitungsanlagen veredel-

tes Biogas. Dadurch erreicht es die gleiche Qualität wie Erdgas, kann ins

Gasleitungsnetz eingespeist und wie Erdgas eingesetzt werden.

GuD-Anlage:

Ein Gas-und-Dampf-Kraftwerk ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien

eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert

werden. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nach-

geschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die

Dampfturbine wirkt. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht

als mit Gasturbinen allein oder konventionell befeuerten Dampfkraft-

werken.

Kilowattstunde (kWh):

Eine Wattstunde (Wh) entspricht der Energie, die eine Maschine mit

einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

Der Energieverbrauch wird meist in Kilowattstunden (kWh) angegeben

(eine kWh = 1.000 Wh). Ein durchschnittlicher Zweipersonenhaushalt

verbraucht jährlich etwa 3.500 kWh Strom und 20.000 kWh Wärme.

Kohlenstoffdioxid (CO2):

Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und

Sauerstoff. CO2 entsteht u.a. bei der Verbrennung von fossilen Energie-

trägern. Das Gas reichert sich in der Erdatmosphäre an. Eine erhöhte

Konzentration führt zu einer globalen Klimaerwärmung.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):

KWK ist die gekoppelte Erzeugung von elektrischem Strom und

nutzbarer Wärme. Die Wärme wird in der Regel für Heizzwecke oder in

Industrieprozessen genutzt, die Abgabe von ungenutzter Abwärme an

die Umgebung wird also weitgehend vermieden.

Nutzungsgrad:

Der Nutzungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen zugeführter und

nutzbar gemachter Energie einer Anlage in einem bestimmten Zeit-

intervall. Je höher der Nutzungsgrad einer Anlage ist, umso effizienter

die Energieverwertung.

Primärenergie und Endenergie:

Unter Primärenergie versteht man die Energie natürlicher Ressourcen,

die noch keine Umwandlung durchlaufen hat. Man unterscheidet:

- fossile Energieträger, z.B. Braunkohle, Steinkohle, Erdgas, Rohöl

- regenerative Energien, z.B. Wasserkraft, Sonnenenergie, Windenergie,

Erdwärme, Biomasse, Abfälle/Reststoffe

Primärenergie wird durch Prozesse wie Verbrennung oder Raffinerie

in Sekundärenergie umgewandelt. Bei der Umwandlung und beim

Transport kommt es zu Verlusten. Die beim Verbraucher ankommende

Energie bezeichnet man als Endenergie.

Wirkungsgrad:

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzen und Aufwand, bei der

Stromerzeugung also das Verhältnis von Energieeinsatz und erhaltener

elektrischer Energie.

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HerausgeberBDEW Bundesverband der

Energie- und Wasserwirtschaft e. V.

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RedaktionMeltem Walter, BDEW

Konzeption und Realisationzielgruppe kreativ

Gesellschaft für Marketing

und Kommunikation mbH

www.zielgruppe-kreativ.com

Juni 2011

Weitere Informationen

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