Glossar Energie

Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) macht Abwärme aus dem Prozess der Stromerzeugung nutzbar. Sie findet meist in Heizkraftwerken statt. Die Wärme kommt über Fernwärmenetze zu den Haushalten. Es gibt aber auch dezentrale Lösungen für Einfamilienhäuser.

Das ist Kraft-Wärme-Kopplung

Sowohl bei konventionellen Arten der Stromerzeugung als auch bei der Nutzung von Brennstoffzellen entstehen sowohl Strom als auch Wärme. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung macht diese Abwärme nutzbar. Das kann im großen Stil in einem Heizkraftwerk geschehen, oder aber dezentral in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) oder mithilfe einer Brennstoffzellenheizung.

Es gibt zwei verschiedene Betriebsarten von KWK-Anlagen: wärmegeführt und stromgeführt. Bei ersterem wird die Leistung nach dem Wärmebedarf geregelt, der erzeugte elektrische Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Diese Form der KWK hat die geringsten Energieverluste. Bei Anlagen mit stromgeführtem Betrieb richtet sich die Leistung nach dem Strombedarf, die gewonnene Wärme wird – wenn möglich – genutzt, Überschüsse werden bisweilen in die Umwelt abgegeben.

Allgemeine Vorteile der KWK

Höherer Nutzungsgrad: Wenn Strom und Wärme gleichzeitig bereitgestellt werden, benötigt man bei der Stromerzeugung durch Verbrennung weniger Brennstoff. Während ältere Kraftwerke nur Wirkungsgrade von circa 35 % haben, erreichen KWK-Anlagen bis zu 90 %

Dezentraler Einsatz: Traditionelle Kraftwerke arbeiten zentral, die Energie muss oft über weite Strecken transportiert werden. Dabei entstehen Übertragungsverluste. KWK erzeugen Strom und Wärme dezentral – dort, wo sie gebraucht werden. So werden Übertragungsverluste minimiert und Stromnetze entlastet.

Flexibel steuerbar: Die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien schwankt und ist schwer planbar. Stromgeführte KWK-Anlagen sind steuerbar und können bei schwankenden Strommengen flexibler genutzt werden als zentrale Kraftwerke. Wärmespeicher, große Wärmepumpen oder Power-to-Heat-Anlagen sorgen für einen noch flexibleren Betrieb.

Wirkungsgrad Blockheizkraftwerk

Vorteile einer KWK im Einfamilienhaus

Umweltfreundlich: Eine KWK-Anlage für den Hausgebrauch spart fast 40 % Energie. Der CO2-Ausstoß ist rund ein Drittel niedriger als bei getrennter Strom- und Wärmegewinnung.

Unabhängigkeit: Mit einer KWK-Anlage machen Sie sich unabhängiger von Energieversorgern und steigenden Strompreisen.

Kraft-Wärme-Kopplung

Nachteile der KWK

Im Sommer, wenn keine Wärme gebraucht wird, müssen KWK-Kraftwerke mit Kühlung laufen oder können unter Umständen sogar keinen KWK-Strom produzieren. Die Installation von Fernwärmespeichern hilft, diesem Nachteil entgegenzuwirken.

Wenn KWK-Anlagen mit fossilen Energieträgern betrieben werden, arbeiten sie zwar effizienter als traditionelle Kraftwerke, aber nicht klimaneutral.

Wärmegeführte KWK-Anlagen sind weniger gut steuerbar: Sie produzieren auch dann Strom, wenn Überschüsse aus erneuerbaren Energien vorhanden sind. Für die Energiewende sind daher stromgeführte Anlagen sinnvoller.
 

Nachteile einer KWK im Einfamilienhaus

Hohe Investitionskosten: BHKWs und Brennstoffzellenheizungen sind in der Anschaffung teurer als andere nachhaltige Heizungsarten.

Schwierige Amortisation: KWK-Anlagen rechnen sich nur, wenn das ganze Jahr über ein relativ hoher Wärmebedarf besteht.

Energieträger für KWK

Für die Kraft-Wärme-Kopplung kann jede Energiequelle ab einem bestimmten Mindestenergiegehalt verwendet werden. Neben fossilen Brennstoffen wie Braun- und Steinkohle, Erdgas und Heizöl sind auch regenerative Energien wie Biogas, Holz, Pellets, Kernenergie etc. für das Prinzip der KWK einsetzbar. In Deutschland kommen laut Umweltbundesamt vor allem Erdgas und Biogas als Energieträger zum Einsatz.

KWK-Anwendungen im neuen GEG

Das novellierte Heizungsgesetz fordert beim Einbau neuer Heiztechnik den Nachweis einer Verwendung von 65 % erneuerbarer Energien. Die Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplung ist laut § 43 GEG in folgenden Fällen erlaubt:

  • Mindestens 50 % des Wärme- und Kälteenergiebedarfs werden aus einer hocheffizienten KWK-Anlage bezogen. Hocheffizient ist eine Anlage, wenn sie gegenüber der getrennten Bereitstellung von Strom und Wärme mindestens zehn Prozent Primärenergie einspart.

  • Mindestens 40 % des Wärme- und Kälteenergiebedarfs werden durch eine Brennstoffzellenheizung bereitgestellt.

Auch Fernwärme zählt laut § 44 GEG zu den nachhaltigen Heizungsmethoden, wenn sie

  • zu einem wesentlichen Anteil aus erneuerbaren Energien hergestellt wird

  • mindestens 50 % Abwärme nutzt oder

  • zu mindestens 50 % als KWK-Anlagen stammt.

Beispiele für KWK-Anwendungen

Die Antriebsart variiert bei KWK-Anlagen je nach Anlagengröße. So arbeiten Großkraftwerke (etwa Kohlekraft- und Kernkraftwerke) zumeist mit Dampfturbinen. Mikro-BHKWs für Einfamilienhäuser werden hingegen mit kleinen Gasmotoren, Stirling-Motoren oder Brennstoffzellen angetrieben.

Bis 2030 sollen KWK-Anlagen laut dem Willen der Bundesregierung einen Großteil der ungekoppelten fossilen Stromerzeugung übernehmen. Danach wird die Bedeutung der brennstoffbetriebenen KWK jedoch sukzessive zurückgehen. Bis 2050 ersetzen erneuerbare Energien weitgehend fossile Energieträger. Auch KWK müssen dann erneuerbare Brennstoffe einsetzen. Allerdings sind diese nur begrenzt verfügbar und teuer und sollen daher vor allem dort verwendet werden, wo sie schwer zu ersetzen sind, wie im Luft- oder Schiffsverkehr. Für die Fernwärmenetze sind daher eher Solarthermie- und Geothermie-Anlagen sowie die Nutzung von Abwärme angedacht.

Das besagt das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz

Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) regelt seit 2002 die Einspeisung und Vergütung von Strom aus KWK-Anlagen. Das Ziel lautete im Jahr 120 Terrawattstunden Strom über KWK-Anlagen zu produzieren. Dieses wurde durch Fördermaßnahmen unterstützt. Für Strom aus großen und hocheffizienten KWK-Anlagen gibt es eine Zuschlagszahlung. Außerdem müssen Netzbetreiber diesen Strom vorrangig behandeln. Auch für Wärmenetze und Wärmespeicher sieht das KWKG Zuschlagszahlungen vor.

Förderung von KWK-Anlagen

Seit dem 1.1.2024 erstattet die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) beim Einbau einer Brennstoffzellenheizung bis zu 70 % der Kosten. 

  • Der allgemeine Fördersatz für Brennstoffzellenheizungen liegt bei 30 %.
  • Selbstnutzende Immobilieneigentümer:innen mit einem Bruttojahreseinkommen von weniger als 40.000 € können mit einem Einkommensbonus von weiteren 30 % rechnen.
  • Für einen Heizungstausch bis 2028 gibt es einen Geschwindigkeitsbonus von 20 %.
  • Die Höchstgrenze der Förderung liegt bei 70 % der förderfähigen Kosten. Die Kosten dürfen maximal 30.000 € betragen.

Zusammenfassung

Kraft-Wärme-Kopplung hilft auch im Einfamilienhaus, Energie zu sparen und den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Besonders umweltfreundlich ist KWK, wenn sie mit Brennstoffzellentechnologie betrieben wird. Die kombinierte Strom-Wärme-Erzeugung ist allerdings mit hohen Investitionskosten verbunden und die Fördermöglichkeiten sind begrenzt. Eine Anschaffung lohnt sich nur in Haushalten, die das ganze Jahr über einen hohen Wärmebedarf haben.

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