Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?

Unter Kraft-Wärme-Kopplung versteht man die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme. Mit dieser Technik werden eingesetzte Brennstoffe wesentlich effektiver ausgenutzt als bei getrennter Strom- und Wärmeerzeugung. Die Umweltbelastung verringert sich entsprechend.

Energie effizient erzeugen

In den Kraftwerken, die heute zur Stromproduktion eingesetzt werden, können die eingesetzten fossilen Brennstoffe nur zu rund 30 Prozent in Strom umgewandelt werden.

Die restliche Energie muss ungenutzt abgeführt werden. Kraftwerke, die nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip arbeiten, können dagegen eine Brennstoffnutzung von bis zu 90 Prozent erzielen. Sie sparen damit viel Brennstoff und leisten damit einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.

Weil Wärme nicht, wie Strom, wirtschaftlich sinnvoll über größere Entfernungen transportiert werden kann, findet das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung insbesondere in Ballungsgebieten Anwendung.

Bei der Wärmeerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Technisch Interessierte können sich im Folgenden über Details informieren.

„Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht eine 90%ige Ausnutzung des Brennstoffs. Bei reiner Stromerzeugung werden nur rund 30% erreicht.“

Entnahme-Kondensationsmaschinen

Kraftwerke, die mit Entnahme-Kondensationsmaschinen arbeiten, sind modifizierte Kondensationskraftwerke. Statt den im Kessel erzeugten Dampf nach Austritt aus der Niederdruckturbine über einen Kühlturm oder Flusswasser zu kondensieren, wird ein Teil der in diesem Dampf noch enthaltenen Energie zur Wärmeerzeugung genutzt. Dadurch wird ein zusätzlicher geringer Brennstoffaufwand nötig. Dieser ist aber im Vergleich zur erreichbaren Energieausnutzung unwesentlich. Bei gleichzeitiger Strom- und Wärmeerzeugung in gekoppeltem Betrieb werden in Entnahme-Kondensationsturbinen Ausnutzungsgrade von bis zu 90 Prozent erreicht.

Gasturbinen mit Abhitzekessel

Kraftwerke, die mit Gasturbinen ausgestattet sind, arbeiten nach dem Prinzip eines Flugzeugtriebwerkes: Umgebungsluft wird im Verdichter komprimiert, in der Brennkammer erhitzt und anschließend zur Krafterzeugung genutzt. Als Brennstoffe dienen extraleichtes Heizöl bzw. Erdgas. Im Gegensatz zum Flugzeug dienen die Abgase in einem Kraftwerk zum Antrieb der Turbine und damit zur Stromerzeugung. Diese Abgase treten mit sehr hoher Temperatur aus. Deswegen lässt sich ihr Energiegehalt gleichzeitig zur Wärmeerzeugung nutzen. Bei voller Wärmeverwertung erreichen wir Nutzungsgrade von über 80 Prozent.

Kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlagen

Bei dieser Anlagenart werden Gas- mit Dampfturbinen kombiniert. Dadurch wird das Prinzip der Gasturbine optimiert: Die Abgase strömen über einen Abhitzekessel, mit dem Dampf erzeugt wird. Eine nachgeschaltete Dampfturbine wird damit angetrieben und erzeugt zusätzlich Strom. Der Restenergiegehalt des Dampfes am Turbinenausgang lässt sich über einen Kühlturm kondensieren oder zur Wärmeerzeugung nutzen. Im Vergleich zum reinen Gasturbinenbetrieb können mit dieser Technik wesentlich höhere Wirkungsgrade erreicht werden: Bei reiner Stromerzeugung liegen diese weit über 50 Prozent. Im gekoppelten Betrieb sind Ausnutzungsgrade von 90 Prozent möglich.

Blockheizkraftwerke

Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Verbrennungsmotoren nutzen die an der Kurbelwelle verfügbare Leistung anstatt zur Fortbewegung zum Antrieb eines Generators. Je nach Motortyp (Otto- oder Dieselmotor) und Größe der Anlage liegen die Wirkungsgrade zwischen 30 und 40 Prozent. Wenn sich die im Kühlwasser und Motorenöl enthaltene Wärme zur Wärmeerzeugung nutzen lässt, werden Gesamtausnutzungsgrade bis zu 90 Prozent und mehr erreicht.

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