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Kraft Wärme Kopplung KWK in Deutschland und Österreich bzw Wärme Kraft Kopplung WKK in der Schweiz ist die gleichzeitige

Wärmekraftkopplung

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Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) (in Deutschland und Österreich) bzw. Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) (in der Schweiz) ist die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie und nutzbarer Wärme, die in einem gemeinsamen thermodynamischen Prozess entstehen. Die mechanische Energie wird in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt. Wird die Wärme für Heizzwecke als Nah- oder Fernwärme oder für Produktionsprozesse als Prozesswärme genutzt, z. B. in der chemischen Industrie, spricht man von einem Industriekraftwerk. Wird die Wärme, wie in den meisten Fällen, für die Heizung öffentlicher und privater Gebäude bereitgestellt, spricht man von einem Heizkraftwerk.

Es wird also bei der Stromerzeugung aus Brennstoffen die Nutzwärme ausgekoppelt und damit die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung reduziert. Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht eine Brennstoffeinsparung von bis zu einem Drittel der Primärenergie, verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme, zugleich wird aber der elektrische Wirkungsgrad des Kraftwerkes etwas reduziert. Eine breite Bedeutung haben kleinere KWK-Anlagen im Bereich von etwa 100 kW elektrischer Leistung für die Versorgung von Gewerbebetrieben, Hallenbädern und Wohngebieten bzw. einzelner Mehrfamilienhäuser, sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW). Kleinere Anlagen werden zwar auf dem Markt angeboten, haben aber einen sehr geringen Anteil an der Strom- und Wärmeerzeugung.

Vorteil der KWK ist der verringerte Brennstoffbedarf für die gleichzeitige Strom- und Wärmebereitstellung, wodurch die Emissionen von Kohlenstoffdioxid und anderen Schadstoffen stark reduziert werden. Die Förderung durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) soll den Ausbau beschleunigen. Da mit fossilen Brennstoffen befeuerte KWK-Anlagen weiterhin Kohlenstoffdioxid ausstoßen, kann ein umfassender Klimaschutz langfristig nur gewährleistet werden, wenn sie mit erneuerbaren Energien gespeist werden, wie z. B. Biomasse und synthetischem Erdgas aus erneuerbarem Überschussstrom. Biomassebefeuerte KWK sind in Skandinavien eine tragende Säule der Wärmewende.

Geschichte

Die Idee der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) geht auf das 19. Jahrhundert zurück, als erste industrielle Anwendungen die Abwärme von Dampfmaschinen nutzten. Während die Technologie in den USA und Europa parallel entwickelt wurde, setzte sie sich im Laufe des 20. Jahrhunderts zunehmend als effiziente Energieversorgungsmethode durch.

19. Jahrhundert

Ein bedeutendes frühes Beispiel für KWK ist die Pearl Street Station, die 1882 von Thomas Edison in New York City errichtet wurde. Dieses Kraftwerk erzeugte nicht nur Elektrizität, sondern versorgte auch umliegende Gebäude mit Wärme, indem es die Abwärme der Dampfturbinen nutzte. In Europa wurden ähnliche Konzepte entwickelt, insbesondere in industriellen Anlagen.

Auch in Österreich wurden im späten 19. Jahrhundert erste KWK-Anwendungen in Mühlen, Brauereien und Textilfabriken genutzt. Die Abwärme von Dampfmaschinen diente zur Beheizung von Betriebsstätten und zur Prozesswärmeerzeugung.

20. Jahrhundert

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts setzte sich KWK zunehmend in Industrieunternehmen durch. In den 1920er- und 1930er-Jahren wurden KWK-Anlagen insbesondere in Fabriken, Papier- und Chemiewerken genutzt, um die Energieeffizienz zu steigern. In Europa wurden die ersten Fernwärmesysteme mit KWK-Technologie eingeführt.

Ein Meilenstein in Österreich war die Errichtung einer KWK-Fernwärmeanlage in Wien im Jahr 1929, die eine der ersten großflächigen Anwendungen dieser Technologie darstellte.

Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte die KWK-Technologie einen Aufschwung, insbesondere in sozialistischen Staaten wie der Sowjetunion und der DDR, wo Heizkraftwerke zur zentralen Wärme- und Stromversorgung eingesetzt wurden. Auch in Österreich wurde der Ausbau der KWK-Technologie vorangetrieben, insbesondere durch das Kraftwerk Simmering in Wien, das ab den 1950er Jahren zur Fernwärmeversorgung beitrug.

Die Ölkrise der 1970er Jahre führte zu einem verstärkten Interesse an energieeffizienten Systemen, wodurch KWK insbesondere in den USA und Westeuropa an Bedeutung gewann.

In Österreich ergab sich in diesen Jahren ein Kuriosum, als Udo Proksch der Wiener Stadtregierung eine Extrusionsanlage zur Herstellung von Fernwärmerohren vorstellte. Zu dieser Zeit war die Technologie der Kraft-Wärme-Kopplung jedoch noch nicht weit verbreitet, und eine flächendeckende Fernwärmeversorgung galt aufgrund der unzureichenden Isolierung der Leitungsrohre als nicht realisierbar. Daher wurde der Vorschlag abgelehnt. Die ungenutzte Anlage lagerte daraufhin jahrelang, bis Udo Proksch sie schließlich zum Schrottwert erwarb und für einen Versicherungsbetrug verwendete: Er deklarierte sie fälschlicherweise als Uranerzaufbereitungsanlage und verwickelte sie damit in den bekannten Lucona-Skandal.

In den 1980er Jahren wurden erste dezentrale Blockheizkraftwerke (BHKW) für kleinere Anwendungen entwickelt.

21. Jahrhundert

Mit dem Aufkommen erneuerbarer Energien und steigenden Anforderungen an die CO₂-Reduktion wurde die KWK-Technologie weiterentwickelt. Moderne Systeme kombinieren Erdgas, Biomasse oder Wasserstoff als Brennstoffe und werden vermehrt mit Wärmepumpen und Solarthermie kombiniert.

Auch in Österreich wird KWK heute sowohl in großen Heizkraftwerken als auch in kleinen, dezentralen Anlagen eingesetzt. Besonders in Städten wie Wien, Graz und Linz spielt KWK eine wichtige Rolle in der Fernwärmeversorgung. Gesetzliche Förderung|Gesetzliche Förderprogramme unterstützen den Ausbau von KWK, insbesondere in Deutschland, Österreich und Skandinavien.

Heute ist KWK ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung und wird weltweit sowohl in industriellen Großanlagen als auch in Haushalten eingesetzt.

Einführung

Das Spektrum der elektrischen und thermischen Leistung von KWK-Anlagen reicht von wenigen Kilowatt bis zu mehreren hundert Megawatt. Seit längerer Zeit sind etwa waschmaschinengroße sogenannte Mini- und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen für den Einsatz in Einfamilienhäusern, Wohngebäuden, kleineren Gewerbebetrieben und Hotels auf den Markt. Damit stehen heute für das gesamte Spektrum des Wärmebedarfs KWK-Lösungen zur Verfügung.

Thermische Kraftwerke, die in Deutschland einen Großteil des Strombedarfs decken, erzeugen üblicherweise mit der aus einem Brennstoff freigesetzten Wärme ausschließlich elektrischen Strom. Wird zusätzlich auch die Abwärme z. B. für Prozesswärme genutzt oder in ein Wärmenetz eingespeist, nennt man diese KWK-Anlagen; sie haben einen höheren Nutzungsgrad oder Brennstoffausnutzungsgrad (nicht „Wirkungsgrad“). Während rein stromerzeugende Anlagen (elektrische) Wirkungsgrade zwischen 33 % (ältere Anlagen) und 61,5 % (Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke) erreichen, kommt man bei KWK-Anlagen auf Nutzungsgrade von bis zu 85 % und höher.

Im Vergleich zu den derzeit besten Technologien der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme erzielen KWK-Anlagen je nach Versorgungssituation Primärenergieeinsparungen von bis zu 30 %. Dass die Einsparungen im Schnitt nicht noch höher ausfallen, hängt damit zusammen, dass der reale Strom- und Wärmebedarf starken Schwankungen unterliegt. Vor allem bei nur geringem Wärmebedarf von Haushalten im Sommer führt dies dazu, dass einige Heizkraftwerke mit Notkühlung (Kondbetrieb) laufen oder keinen KWK-Strom produzieren können. Dem wird durch die Installation von Fernwärmespeichern abgeholfen, um die KWK-Wärme bis zum Abruf der Wärmekunden zwischenzuspeichern.

Das in Deutschland noch nicht realisierte hohe Einsparpotenzial hat den Gesetzgeber veranlasst, die KWK zu fördern, um Markthemmnisse zu überwinden, die durch die über 100 Jahre gewachsenen zentralen Versorgungsstrukturen in der Elektrizitätswirtschaft existieren.

Technik

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird ein Teil des entstehenden Dampfes in einem Kraftwerk für Heizzwecke ausgekoppelt. Dadurch sinkt zwar der Wirkungsgrad der Erzeugung elektrischer Energie etwas ab; der Gesamtnutzungsgrad kann aber bei vollständiger Abwärmenutzung bis auf etwa 90 % steigen.

Brennstoffe

Das Prinzip der KWK kann mit jedem Brennstoff und jeder Wärmequelle mit einem Temperaturniveau ab ca. 200 °C genutzt werden. In Betracht kommen neben fossilen Energien wie Steinkohle, Braunkohle, Erdgas und Heizöl auch erneuerbare Energien wie Biogas, Klärgas, Pflanzenöl, Holz, Pellets, Bioethanol, Solarthermie und Geothermie sowie Siedlungsabfälle (Müllverbrennung und Deponiegas) genauso wie die Kernenergie.

Ebenfalls möglich ist der Betrieb mit synthetischem Wasserstoff oder Methan aus dem Power-to-Gas-Prozess, mit dem sich Überschüsse aus erneuerbaren Energien langfristig speichern lassen. Da diese Art der Wärmeerzeugung aber recht verlustintensiv ist und deshalb insgesamt deutlich mehr Energie benötigt als beispielsweise die alternative Wärmeerzeugung mit Wärmepumpenheizungen, werden wärmegeführte KWK-Anlagen als weitgehend ungeeignete Technik für ein zukünftiges erneuerbares Energiesystem mit Sektorenkopplung angesehen. Hingegen gelten stromgeführte KWK-Anlagen als wichtige Techniken, um in einem solchen System den Energiebedarf bei der Rückverstromung niedrig zu halten.

Auslegung und Betriebsweise

Es wird zwischen strom- und wärmegeführter Auslegung von KWK-Anlagen unterschieden, je nach der Führungsgröße bzw. der Priorität, die einer der beiden Energieformen zugemessen wird. Stromgeführte Anlagen optimieren den Stromertrag, wärmegeführte Anlagen den Wärmeertrag. Der höchste Nutzungsgrad wird mit einer wärmegeführten Auslegung erzielt, weil dabei die geringsten Energieverluste entstehen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist jedoch die stromgeführte Fahrweise häufig attraktiver, da pro kWh Strom deutlich höhere Erträge erzielt werden als pro Kilowattstunde Wärme. Oft wird ein stromoptimierter, wärmegedeckelter Betrieb bevorzugt, um die Erträge auf der Stromseite zu optimieren, ohne die Wärme per Notkühler ungenutzt abführen zu müssen. In diesem Fall wird der Betrieb am elektrischen Energiebedarf ausgerichtet, wobei die KWK-Anlage bei fehlender Wärmeabnahme bzw. vollem Wärmespeicher heruntergefahren wird. Dabei kann die Wärmespeicherung durch Verwendung eines Fernwärmespeichers bewerkstelligt werden.

Die erzeugte wird über Wärmenetze als heißes Wasser oder Wasserdampf über isolierte Rohrleitungen zur Gebäudeheizung und/oder für industrielle Zwecke (Prozesswärme) verwendet.

Bei hohen Anteilen von fluktuierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem erschweren wärmegeführte KWK-Anlagen die Systemintegration von Wind- und Solarstrom, da sie zur Deckung des Wärmebedarfs auch dann elektrische Energie erzeugen, wenn bereits ein Überschuss von Wind- oder Solarenergie besteht. Derartige Anlagen bezeichnet man als „Must-Run“-Kraftwerke. Im Sinne der Energiewende ist ein stromgeführter Betrieb deshalb deutlich zielführender. Um im Betrieb flexibler zu sein und die Preiselastizität zu erhöhen, können verschiedene Zusatzkomponenten wie Spitzenlastkessel, Wärmespeicher, Power-to-Heat-Anlagen, wie z. B. Elektrodenkessel oder große zentrale Wärmepumpen installiert werden. Diese können dann während Zeiten, in denen nur thermische Energie benötigt wird, aber keine elektrische, die Wärmeversorgung übernehmen, sodass die KWK-Anlage heruntergefahren werden kann. Die E-Kessel und Wärmepumpen können zudem etwaige Stromüberschüsse zur Wärmeerzeugung verwenden.

Durch Einsatz von großen Wärmespeichern kann die im KWK-Prozess zeitgleiche Produktion von Wärme und Strom zeitlich wieder entkoppelt werden, da sich thermische Energie günstiger als elektrische Energie speichern lässt. So kann eine KWK-Anlage stromgeführt betrieben werden und dennoch die Wärmeversorgung gewährleisten. In Zeiten von hoher Strom- und geringer Wärmenachfrage kann die Anlage unter Volllast laufen und die überschüssige Wärme in den Speicher laden. In Zeiten von geringer Strom- und dennoch hoher Wärmenachfrage kann die KWK-Anlage in Teillast betrieben oder ganz abgeschaltet werden, die restliche Wärme lässt sich durch den Wärmespeicher temporär bereitstellen. Diese ausgleichende Funktion eines Wärmespeichers in einem KWK-System auf den Stromsektor wird auch als funktionale Stromspeicherung bezeichnet.

Anlagenvarianten

Eine zunehmend verbreitete Variante sind so genannte Blockheizkraftwerke (BHKW). Dabei handelt es sich um kleine bis mittelgroße KWK-Anlagen auf Basis von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen in Modulbauweise. Während bei diesen Anlagen die Wärmeversorgung auf ein bestimmtes Objekt oder auf die nähere Umgebung (z. B. einen Wohn-„Block“) beschränkt ist, dienen die größeren Heizkraftwerke der flächigen Fernwärme-Versorgung oder der Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie. Bei Großanlagen zur Fernwärmeversorgung sind einerseits die Netzverluste höher als bei gebäudeintegrierten Blockheizkraftwerken, wodurch die Effizienz des Energieeinsatzes sinkt. Andererseits steigt mit zunehmender Leistung der Anlagen die Stromkennzahl (also das Verhältnis von Strom- zu Wärmeerzeugung) und somit die Exergieausbeute, was wiederum die Effizienz erhöht.

KWK-Anlagen können unter anderem sein:

  • Entnahmedampfturbinen- oder Gegendruckturbinen,
  • Gas- und Dampfturbinen (GuD),
  • Gasturbinen- mit Abhitzekessel,
  • Verbrennungsmotoren oder
  • Brennstoffzellen-Anlagen

Man unterscheidet zwischen KWK-Anlagen mit fixer und variabler Stromkennzahl entsprechend der starren und lenkbaren Kuppelproduktion. Bei Anlagen mit fester Stromkennzahl liegt der elektrische und thermische Output in einem festen Verhältnis σ vor. Diese KWK-Anlagen, wie z. B. Verbrennungsmotoren, Gasturbinen und Gegendruckturbinen, kann man nur an- oder ausschalten bzw. in Teillast betreiben. Anlagen mit variabler Stromkennzahl, wie z. B. Entnahmedampfturbinen, sind flexibler im Betrieb, da sich das P/Q'-Verhältnis in einem weiten Bereich beeinflussen lässt, was bei wechselndem Bedarf an elektrischer und thermischer Energie Vorteile hat. Neben dem Teillastbetrieb kann man das Gewicht auf Produktion elektrischer oder thermischer Energie legen.

Bei den mit Wasser als Arbeitsstoff betriebenen Heizkraftwerken der öffentlichen Versorgung – das sind in der Regel Entnahmedampfturbinen – geht die Abgabe von Nutzwärme mit einer Verringerung der Stromproduktion (geringerer elektrischer Wirkungsgrad) einher. Der Dampf muss vor den letzten Turbinenstufen entnommen werden, damit seine Temperatur zum Heizen ausreichend hoch ist, was dann im Niederdruckteil weniger Arbeit erzeugt. Das Verhältnis von elektrischem Minderertrag und gewonnener Nutzwärme wird als Stromverlustkennziffer bezeichnet. Das Bild rechts zeigt im linken Teil vereinfacht das Prinzip der Entnahme. Der nach dem Mitteldruckteil (MD) der Turbine, also vor dem Niederdruckteil (ND) abgezweigte Dampf strömt in den Heizkondensator (HK), wo er sich unter Wärmeabgabe an den Fernwärmekreislauf (Temperaturniveau etwa 100 °C) verflüssigt. Von dort wird das Kondensat dem Speisewasserkreislauf zugeführt. Der restliche Dampf arbeitet im Niederdruckteil und wird dann im Kondensator (Ko) bei ca. 30 °C (abhängig vom Umgebungszustand) verflüssigt und über die Kondensatpumpe (KoP) dem (hier nicht abgebildeten) Speisewasserbehälter zugeführt. Die rechte Bildseite zeigt das zugehörige idealisierte T-s-Diagramm (vergl. Clausius-Rankine-Prozess) für einen Betriebszustand, in dem die Hälfte des Dampfes für Heizzwecke genutzt wird. Die gesamte rote Fläche entspricht der genutzten Wärme, der obere schraffierte Teil dieser Fläche dem Stromverlust in der Niederdruckstufe.

Von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) spricht man, wenn die Anlage zusätzlich Kälte erzeugen kann. Dabei wird die Nutzwärme des Prozesses genutzt, um eine Absorptionskältemaschine anzutreiben. Trotz der deutlich höheren Investition im Vergleich zu einer Kompressionskältemaschine lässt sich die KWKK-Anlage wirtschaftlich betreiben, weil sich durch die Wärmenutzung zur Klimatisierung im Sommer die Auslastung des KWK-Prozesses erhöht.

Fördermaßnahmen

Förderung in Deutschland

In Deutschland wird die KWK allgemein durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) gefördert. Anlagen, die erneuerbare Energien in KWK nutzen (z. B. Biogas-BHKW mit Wärmenetzen), können wahlweise auch nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet werden.

KWK-Gesetz

→ Hauptartikel: Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz

Mit dem Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG)) werden in der Bundesrepublik Deutschland der Erhalt, die Modernisierung und der Ausbau von KWK-Anlagen gefördert, die mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben werden und nicht durch das Erneuerbare-Energien-Gesetzes gefördert werden. Durch eine verstärkte Nutzung von KWK-Anlagen soll eine weitere Minderung der Kohlendioxid-Emissionen und die Energieeffizienzziele erreicht werden.

Das KWK-Gesetz trat am 1. April 2002 in Kraft. Am 1. Januar 2009 wurde in einer Novellierung des KWK-Gesetzes eine deutliche Ausweitung der Förderung umgesetzt. Weitere Novellierungen fanden zum 19. Juli 2012 und 1. Januar 2016 statt. Die Ziele des KWKG haben sich im Lauf der Zeit verschoben: von einer absoluten Einsparung an Treibhausgasen über einen relativen Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland bis zu einem absoluten Wert der KWK-Nettostromerzeugung. Dies war unter anderem der einfacheren Messbarkeit geschuldet.

Die Betreiber sehr kleiner KWK-Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis zu 50 kW erhalten für 60.000 Vollbenutzungsstunden (Vbh) einen fixen KWK-Zuschlag als Marktprämie, bei größeren KWK-Anlagen beträgt die Förderdauer 30.000 Vbh. Der KWK-Zuschlag auf den eingespeisten Strom ist von der Anlagengröße abhängig und beträgt zwischen 3,1 und 8,0 ct/kWh. Eigenverbrauch oder in Arealnetzen genutzter KWK-Strom erhält bis auf kleine KWK-Anlagen bis 100 kW seit der Revision 2016 keine Förderung mehr. Im Anlagensegment von 1 MW bis 50 MW ist eine Ausschreibung in Höhe von 200 MW pro Jahr zur Festlegung der Zuschlagshöhe eingeführt worden. Während seit der Einführung des Ausschreibungsmodells im Jahre 2017 alle Ausschreibungen leicht bis stark überzeichnet waren, lag die Gebots- sowie die Zuschlagsmenge bei der Ausschreibungsrunde im Dezember 2019 zum ersten Mal deutlich unterhalb der ausgeschriebenen Menge.

Da die Verbindung von KWK-Anlagen und Wärmespeichern zu einer hohen Flexibilität bei gleichzeitig effizienter Brennstoffnutzung führt, hat der Gesetzgeber die Förderung von Wärme- und Kältespeichern (vgl. Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung) ins KWKG aufgenommen. Des Weiteren wird der Neu- und Ausbau von Wärme- und Kältenetzen mit 30 % der ansatzfähigen Investitionskosten (bzw. bei kleinen Rohrweiten bis 100 mm mit 100 Euro pro laufender Meter) gefördert.

Kritiker wenden ein, die Förderung sei zu gering und die zu erfüllenden Bedingungen zu hoch, um der KWK zu einem Durchbruch zu verhelfen. Andere bemängeln, die Regelungen seien im Zusammenspiel mit anderen Bestimmungen des Energierechts zu komplex, sodass viele Interessenten abgeschreckt werden.

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

→ Hauptartikel: Erneuerbare-Energien-Gesetz

Mit der seit 2009 gültigen Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (§ 27 Absatz 4 EEG 2009) wurde die Nutzung der Abwärme aus der Stromerzeugung aus Biomasse (z. B. in Biogasanlagen und Biomasseheizkraftwerken) durch einen KWK-Bonus von 3 Cent/kWh KWK-Strom (EEG 2004: 2 Cent/kWh) angeregt. Dieser Bonus wurde auf die Grundvergütung nach dem EEG angerechnet und war vom Betreiber des vorgelagerten Stromnetzes zu entrichten. Die bonusfähige Strommenge (KWK-Strom) errechnete sich als Produkt aus Nutzwärme (tatsächlich genutzte Abwärme) und der Stromkennzahl der Anlage (elektrische Leistung/Nutzwärmestrom, hier ist – anders als oben – mit Nutzwärme der theoretisch nutzbare Anteil gemeint; durch die Anlagentechnik wie Generator und Wärmetauscher ist die Stromkennzahl einer Anlage vorgegeben.). Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad und die intensive Nutzung der Abwärme erhöhten also den Anteil der bonusfähigen Strommenge. Verschiedene Bedingungen mussten für den Bezug des KWK-Bonus erfüllt sein (Anlage 3 des EEG 2009).

Außerdem wurde ein weiterer so genannter Technologie-Bonus (Innovationsbonus) von bis zu 2 Cent/kWh bei Einsatz bestimmter KWK-Technologien (Brennstoffzellen, Gasturbinen, Dampfmotoren, Organic-Rankine-Anlagen, Mehrstoffgemisch-Anlagen, insbesondere Kalina-Cycle-Anlagen, oder Stirling-Motoren) gezahlt (Anlage 1 des EEG 2009). Diese Zuschlags- und Bonuszahlungen wurden indirekt auf alle Endverbraucher umgelegt.

Durch die EEG-Novelle 2012 wurde sowohl der KWK-Bonus als auch der Technologiebonus abgeschafft. Der KWK-Bonus ist nunmehr in die EEG-Grundvergütung integriert und als Mindestanforderung für Biomasseanlagen übernommen, indem eine Wärmenutzung von mindestens 25 bzw. 60 Prozent vorgeschrieben wird, wenn nicht mehr als 60 Masseprozent flüssige Güllefraktionen eingesetzt werden. Anstatt des Technologie-Bonus sah das EEG nun einen Gasaufbereitungs-Bonus vor, wenn geringere Methanemissionen und geringerer Stromverbrauch nachgewiesen werden konnten. Mit der letzten EEG-Reform im August 2014 wurde auch der Gasaufbereitungsbonus gestrichen, um die Entwicklung der EEG-Umlage zu dämpfen.

Steuervergünstigungen

→ Hauptartikel: Ökosteuer (Deutschland)

Für die Brennstoffe Erdgas, Heizöl und Flüssiggas wurde bis 1. April 2012 beim Einsatz in KWK-Anlagen mit einem Jahresnutzungsgrad von mindestens 70 Prozent die Energiesteuer, ehemals „Mineralölsteuer“, vollständig erstattet. Aufgrund einer zu kurzfristigen Antragstellung durch die deutschen Behörden bei der EU-Kommission wurde die Bearbeitung von Anträgen auf Energiesteuerentlastung im Jahr 2012 vorläufig ausgesetzt. Durch eine Gesetzesänderung wird rückwirkend zum 1. April 2012 die vollständige Entlastung nur noch geleistet, wenn die Anlage neben dem Mindestnutzungsgrad von 70 Prozent steuerrechtlich noch nicht vollständig abgeschrieben wurde und hocheffizient im Sinne der Richtlinie 2004/8/EG des Europäischen Parlaments ist.

Für elektrische Energie aus Anlagen bis zu 2 MW elektrischer Leistung, die im „räumlichen Zusammenhang“ verbraucht wird, muss zudem keine Stromsteuer (2,05 Cent/kWh) entrichtet werden. Diese Befreiung trifft nicht nur auf KWK-Anlagen zu, sondern auf jede Anlage, die maximal 2 MW groß ist.

Förderung in Österreich

In Österreich besteht für fossile Kraftwärmekopplungsanlagen eine Förderung in Art, dass die Energieabgaben für die Primärenergie nicht bezahlt werden müssen, sofern der elektrische Wirkungsgrad über 30 % liegt. Damit ist die Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen de facto steuerbefreit bzw. gefördert.

Fossile Kraft-Wärmekopplungen wurden in Österreich von 2004 bis 2010 mit einem Gesamtvolumen von rund 500 Mio. Euro in Form von Marktpreiszuschlägen zum Strompreis (Unterstützungstarifen) unterstützt; diese Form der Förderung ist jedoch ausgelaufen. 2014 wurde ein Gesetz erlassen, welches eine Förderung der Stromproduktion von fossilen Anlagen über KWK-Punkte vorsieht, deren Volumen jedoch nur mehr 38 Mio. Euro pro Jahr beträgt. Weiters erhielten Kraftwerke, wie das Kraftwerk Simmering Investitionsförderungen gemäß § 24 ff 2012 für die Adaptierungsarbeiten.

Förderung in der Schweiz

In der Schweiz wird die Wärmekraftkopplung in Biomasse-, Abwasserreinigungs- und Kehrichtverbrennungsanlagen indirekt durch den Bund gefördert.

Literatur

  • Martin Altrock u. a.: Neuer Gesetzesrahmen für die Kraft-Wärme-Kopplung und Erneuerbare Energien. AGFW Projektgesellschaft mbH, Frankfurt am Main 2009, ISBN 3-89999-015-3.
  • Wolfgang Zander, Martin Riedel (Hrsg.): Praxishandbuch Energiebeschaffung. Lose-Blatt-Werk, ISBN 978-3-410-22628-4.
  • Ulf Jacobshagen, Markus Kachel: Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) 2012. 2013, ISBN 978-3-410-23468-5.

Weblinks

  • Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V.
  • COGEN Europe, Europäischer KWK-Verband
  • KWK-Grundlagen, BINE Informationsdienst
  • KWK-Prinzip, BHKW-Infozentrum GbR
  • Einführung in das Thema KWK in Blockheizkraftwerken, BHKW-Forum e. V.
  • KWK – Was ist das? (PDF; 386 kB), Universität Duisburg Essen
  • Berechnung der Energiekosteneinsparung beim Einsatz eines Mikro-KWK (PDF; 344 kB), ITG Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH
  • Mikro-KWK – Home Power – für wen ist diese Technologie geeignet? RWE Effizienz GmbH – energiewelt.de
  • Schweizerischer Fachverband für Wärmekraftkopplung
  • Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber

Einzelnachweise

  1. Gunter Schaumann, Karl W. Schmitz (Hrsgs.): Kraft-Wärme-Kopplung. 4. Auflage. Berlin/Heidelberg 2010, S. 5 f.
  2. Dominic A. Notter, Katerina Kouravelou, Theodoros Karachalios, Maria K. Daletou and Nara Tudela Haberlandad: Life cycle assessment of PEM FC applications: electric mobility and μ-CHP. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 1969–1985, doi:10.1039/C5EE01082A.
  3. Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz – KWKG in früherer und geltender Fassung
  4. Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG 2009 in allen Fassungen
  5. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 3. Auflage. München 2013, S. 102.
  6. Pressemeldung Siemens: Siemens erreicht Weltrekorde in Düsseldorfer Kraftwerk „Fortuna“, abgerufen am 21. März 2016.
  7. Vgl. Volker Quaschning: Sektorkopplung durch die Energiewende. Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung. Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, 20. Juni 2016. Abgerufen am 8. April 2017.
  8. Vgl. Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin 2014, S. 709 f.
  9. Martin Zapf: Stromspeicher und Power-to-Gas im deutschen Energiesystem. Rahmenbedingungen, Bedarf und Einsatzmöglichkeiten. Wiesbaden 2017, S. 129.
  10. Philipp Pfeifroth: Funktionale Stromspeicher (Memento des Originals vom 19. Juni 2018 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2, Forschungsstelle für Energiewirtschaft
  11. Lagom.Energy: Veröffentlichung der aktuellen KWK- und iKWK Ausschreibungsergebnisse durch die BNetzA. 9. Februar 2020, abgerufen am 30. März 2020. 
  12. Kraftwerk im Keller – Stromkonzerne behindern Energiesparen@1@2 (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im April 2019. Suche in Webarchiven), Manuskript zu Frontal21 vom 15. April 2008
  13. Modernisierung von KWK-Anlagen – wirtschaftlichen Vorteil langfristig sichern
  14. Streichung § 27 Abs. 4 Nr. 1 und 3 EEG
  15. Einfügung § 27c EEG
  16. Die EU berät über Energiesteuerentlastung für BHKW. Abgerufen am 22. Oktober 2012. 
  17. Nur noch teilweise Energiesteuerentlastung für BHKW. 13. November 2012, abgerufen am 4. Dezember 2012. 
  18. KWK-Anlagen erhalten auch zukünftig wieder die Energiesteuererstattung. 13. November 2012, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 8. Oktober 2013; abgerufen am 4. Dezember 2012.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2 
  19. Bundestag: Stromsteuergesetz. In: Gesetze im Internet. Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz, 27. August 2017, abgerufen am 26. Februar 2018. 
  20. ris.bka.gv.at konsolidiert Jahr 2006
  21. Investitionsförderung von KWK-Anlagen
  22. Wärmekraftkopplung (WKK). Abschnitt Förderung von WKK mit erneuerbaren Energien. Bundesamt für Energie BFE, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 1. April 2012; abgerufen am 11. April 2012.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2 
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Autor: www.NiNa.Az

Veröffentlichungsdatum: 11 Jul 2025 / 13:34

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Kraft Warme Kopplung KWK in Deutschland und Osterreich bzw Warme Kraft Kopplung WKK in der Schweiz ist die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie und nutzbarer Warme die in einem gemeinsamen thermodynamischen Prozess entstehen Die mechanische Energie wird in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt Wird die Warme fur Heizzwecke als Nah oder Fernwarme oder fur Produktionsprozesse als Prozesswarme genutzt z B in der chemischen Industrie spricht man von einem Industriekraftwerk Wird die Warme wie in den meisten Fallen fur die Heizung offentlicher und privater Gebaude bereitgestellt spricht man von einem Heizkraftwerk GuD Kraftwerk Block 3 des Kraftwerkes Donaustadt mit einer Kraft Warme Kopplung und einem Nutzungsgrad von uber 86 Inbetriebnahme 2001Das Heizkraftwerk Berlin Mitte wird zur Stromproduktion und zur Fernwarmeversorgung des Regierungsviertels eingesetzt Es wird also bei der Stromerzeugung aus Brennstoffen die Nutzwarme ausgekoppelt und damit die Abgabe von ungenutzter Abwarme an die Umgebung reduziert Kraft Warme Kopplung ermoglicht eine Brennstoffeinsparung von bis zu einem Drittel der Primarenergie verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Warme zugleich wird aber der elektrische Wirkungsgrad des Kraftwerkes etwas reduziert Eine breite Bedeutung haben kleinere KWK Anlagen im Bereich von etwa 100 kW elektrischer Leistung fur die Versorgung von Gewerbebetrieben Hallenbadern und Wohngebieten bzw einzelner Mehrfamilienhauser sogenannte Blockheizkraftwerke BHKW Kleinere Anlagen werden zwar auf dem Markt angeboten haben aber einen sehr geringen Anteil an der Strom und Warmeerzeugung Vorteil der KWK ist der verringerte Brennstoffbedarf fur die gleichzeitige Strom und Warmebereitstellung wodurch die Emissionen von Kohlenstoffdioxid und anderen Schadstoffen stark reduziert werden Die Forderung durch das Kraft Warme Kopplungsgesetz KWKG und das Erneuerbare Energien Gesetz EEG soll den Ausbau beschleunigen Da mit fossilen Brennstoffen befeuerte KWK Anlagen weiterhin Kohlenstoffdioxid ausstossen kann ein umfassender Klimaschutz langfristig nur gewahrleistet werden wenn sie mit erneuerbaren Energien gespeist werden wie z B Biomasse und synthetischem Erdgas aus erneuerbarem Uberschussstrom Biomassebefeuerte KWK sind in Skandinavien eine tragende Saule der Warmewende GeschichteDie Idee der Kraft Warme Kopplung KWK geht auf das 19 Jahrhundert zuruck als erste industrielle Anwendungen die Abwarme von Dampfmaschinen nutzten Wahrend die Technologie in den USA und Europa parallel entwickelt wurde setzte sie sich im Laufe des 20 Jahrhunderts zunehmend als effiziente Energieversorgungsmethode durch 19 Jahrhundert Ein bedeutendes fruhes Beispiel fur KWK ist die Pearl Street Station die 1882 von Thomas Edison in New York City errichtet wurde Dieses Kraftwerk erzeugte nicht nur Elektrizitat sondern versorgte auch umliegende Gebaude mit Warme indem es die Abwarme der Dampfturbinen nutzte In Europa wurden ahnliche Konzepte entwickelt insbesondere in industriellen Anlagen Auch in Osterreich wurden im spaten 19 Jahrhundert erste KWK Anwendungen in Muhlen Brauereien und Textilfabriken genutzt Die Abwarme von Dampfmaschinen diente zur Beheizung von Betriebsstatten und zur Prozesswarmeerzeugung 20 Jahrhundert Zu Beginn des 20 Jahrhunderts setzte sich KWK zunehmend in Industrieunternehmen durch In den 1920er und 1930er Jahren wurden KWK Anlagen insbesondere in Fabriken Papier und Chemiewerken genutzt um die Energieeffizienz zu steigern In Europa wurden die ersten Fernwarmesysteme mit KWK Technologie eingefuhrt Ein Meilenstein in Osterreich war die Errichtung einer KWK Fernwarmeanlage in Wien im Jahr 1929 die eine der ersten grossflachigen Anwendungen dieser Technologie darstellte Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte die KWK Technologie einen Aufschwung insbesondere in sozialistischen Staaten wie der Sowjetunion und der DDR wo Heizkraftwerke zur zentralen Warme und Stromversorgung eingesetzt wurden Auch in Osterreich wurde der Ausbau der KWK Technologie vorangetrieben insbesondere durch das Kraftwerk Simmering in Wien das ab den 1950er Jahren zur Fernwarmeversorgung beitrug Die Olkrise der 1970er Jahre fuhrte zu einem verstarkten Interesse an energieeffizienten Systemen wodurch KWK insbesondere in den USA und Westeuropa an Bedeutung gewann In Osterreich ergab sich in diesen Jahren ein Kuriosum als Udo Proksch der Wiener Stadtregierung eine Extrusionsanlage zur Herstellung von Fernwarmerohren vorstellte Zu dieser Zeit war die Technologie der Kraft Warme Kopplung jedoch noch nicht weit verbreitet und eine flachendeckende Fernwarmeversorgung galt aufgrund der unzureichenden Isolierung der Leitungsrohre als nicht realisierbar Daher wurde der Vorschlag abgelehnt Die ungenutzte Anlage lagerte daraufhin jahrelang bis Udo Proksch sie schliesslich zum Schrottwert erwarb und fur einen Versicherungsbetrug verwendete Er deklarierte sie falschlicherweise als Uranerzaufbereitungsanlage und verwickelte sie damit in den bekannten Lucona Skandal In den 1980er Jahren wurden erste dezentrale Blockheizkraftwerke BHKW fur kleinere Anwendungen entwickelt 21 Jahrhundert Mit dem Aufkommen erneuerbarer Energien und steigenden Anforderungen an die CO Reduktion wurde die KWK Technologie weiterentwickelt Moderne Systeme kombinieren Erdgas Biomasse oder Wasserstoff als Brennstoffe und werden vermehrt mit Warmepumpen und Solarthermie kombiniert Auch in Osterreich wird KWK heute sowohl in grossen Heizkraftwerken als auch in kleinen dezentralen Anlagen eingesetzt Besonders in Stadten wie Wien Graz und Linz spielt KWK eine wichtige Rolle in der Fernwarmeversorgung Gesetzliche Forderung Gesetzliche Forderprogramme unterstutzen den Ausbau von KWK insbesondere in Deutschland Osterreich und Skandinavien Heute ist KWK ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung und wird weltweit sowohl in industriellen Grossanlagen als auch in Haushalten eingesetzt EinfuhrungDas Spektrum der elektrischen und thermischen Leistung von KWK Anlagen reicht von wenigen Kilowatt bis zu mehreren hundert Megawatt Seit langerer Zeit sind etwa waschmaschinengrosse sogenannte Mini und Mikro Kraft Warme Kopplungsanlagen fur den Einsatz in Einfamilienhausern Wohngebauden kleineren Gewerbebetrieben und Hotels auf den Markt Damit stehen heute fur das gesamte Spektrum des Warmebedarfs KWK Losungen zur Verfugung Thermische Kraftwerke die in Deutschland einen Grossteil des Strombedarfs decken erzeugen ublicherweise mit der aus einem Brennstoff freigesetzten Warme ausschliesslich elektrischen Strom Wird zusatzlich auch die Abwarme z B fur Prozesswarme genutzt oder in ein Warmenetz eingespeist nennt man diese KWK Anlagen sie haben einen hoheren Nutzungsgrad oder Brennstoffausnutzungsgrad nicht Wirkungsgrad Wahrend rein stromerzeugende Anlagen elektrische Wirkungsgrade zwischen 33 altere Anlagen und 61 5 Gas und Dampf Kombikraftwerke erreichen kommt man bei KWK Anlagen auf Nutzungsgrade von bis zu 85 und hoher Im Vergleich zu den derzeit besten Technologien der getrennten Erzeugung von Strom und Warme erzielen KWK Anlagen je nach Versorgungssituation Primarenergieeinsparungen von bis zu 30 Dass die Einsparungen im Schnitt nicht noch hoher ausfallen hangt damit zusammen dass der reale Strom und Warmebedarf starken Schwankungen unterliegt Vor allem bei nur geringem Warmebedarf von Haushalten im Sommer fuhrt dies dazu dass einige Heizkraftwerke mit Notkuhlung Kondbetrieb laufen oder keinen KWK Strom produzieren konnen Dem wird durch die Installation von Fernwarmespeichern abgeholfen um die KWK Warme bis zum Abruf der Warmekunden zwischenzuspeichern Das in Deutschland noch nicht realisierte hohe Einsparpotenzial hat den Gesetzgeber veranlasst die KWK zu fordern um Markthemmnisse zu uberwinden die durch die uber 100 Jahre gewachsenen zentralen Versorgungsstrukturen in der Elektrizitatswirtschaft existieren TechnikBei der Kraft Warme Kopplung wird ein Teil des entstehenden Dampfes in einem Kraftwerk fur Heizzwecke ausgekoppelt Dadurch sinkt zwar der Wirkungsgrad der Erzeugung elektrischer Energie etwas ab der Gesamtnutzungsgrad kann aber bei vollstandiger Abwarmenutzung bis auf etwa 90 steigen Brennstoffe Das Prinzip der KWK kann mit jedem Brennstoff und jeder Warmequelle mit einem Temperaturniveau ab ca 200 C genutzt werden In Betracht kommen neben fossilen Energien wie Steinkohle Braunkohle Erdgas und Heizol auch erneuerbare Energien wie Biogas Klargas Pflanzenol Holz Pellets Bioethanol Solarthermie und Geothermie sowie Siedlungsabfalle Mullverbrennung und Deponiegas genauso wie die Kernenergie Ebenfalls moglich ist der Betrieb mit synthetischem Wasserstoff oder Methan aus dem Power to Gas Prozess mit dem sich Uberschusse aus erneuerbaren Energien langfristig speichern lassen Da diese Art der Warmeerzeugung aber recht verlustintensiv ist und deshalb insgesamt deutlich mehr Energie benotigt als beispielsweise die alternative Warmeerzeugung mit Warmepumpenheizungen werden warmegefuhrte KWK Anlagen als weitgehend ungeeignete Technik fur ein zukunftiges erneuerbares Energiesystem mit Sektorenkopplung angesehen Hingegen gelten stromgefuhrte KWK Anlagen als wichtige Techniken um in einem solchen System den Energiebedarf bei der Ruckverstromung niedrig zu halten Auslegung und Betriebsweise Fernwarmespeicher als thermischer Lastausgleich fur die KWK Anlage des Kraftwerkes Theiss mit 50 000 m Inhalt welcher das Fernwarmenetz Krems speist Speichervermogen 2 GWh je Ladevorgang Es wird zwischen strom und warmegefuhrter Auslegung von KWK Anlagen unterschieden je nach der Fuhrungsgrosse bzw der Prioritat die einer der beiden Energieformen zugemessen wird Stromgefuhrte Anlagen optimieren den Stromertrag warmegefuhrte Anlagen den Warmeertrag Der hochste Nutzungsgrad wird mit einer warmegefuhrten Auslegung erzielt weil dabei die geringsten Energieverluste entstehen Aus wirtschaftlicher Sicht ist jedoch die stromgefuhrte Fahrweise haufig attraktiver da pro kWh Strom deutlich hohere Ertrage erzielt werden als pro Kilowattstunde Warme Oft wird ein stromoptimierter warmegedeckelter Betrieb bevorzugt um die Ertrage auf der Stromseite zu optimieren ohne die Warme per Notkuhler ungenutzt abfuhren zu mussen In diesem Fall wird der Betrieb am elektrischen Energiebedarf ausgerichtet wobei die KWK Anlage bei fehlender Warmeabnahme bzw vollem Warmespeicher heruntergefahren wird Dabei kann die Warmespeicherung durch Verwendung eines Fernwarmespeichers bewerkstelligt werden Die erzeugte wird uber Warmenetze als heisses Wasser oder Wasserdampf uber isolierte Rohrleitungen zur Gebaudeheizung und oder fur industrielle Zwecke Prozesswarme verwendet Bei hohen Anteilen von fluktuierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem erschweren warmegefuhrte KWK Anlagen die Systemintegration von Wind und Solarstrom da sie zur Deckung des Warmebedarfs auch dann elektrische Energie erzeugen wenn bereits ein Uberschuss von Wind oder Solarenergie besteht Derartige Anlagen bezeichnet man als Must Run Kraftwerke Im Sinne der Energiewende ist ein stromgefuhrter Betrieb deshalb deutlich zielfuhrender Um im Betrieb flexibler zu sein und die Preiselastizitat zu erhohen konnen verschiedene Zusatzkomponenten wie Spitzenlastkessel Warmespeicher Power to Heat Anlagen wie z B Elektrodenkessel oder grosse zentrale Warmepumpen installiert werden Diese konnen dann wahrend Zeiten in denen nur thermische Energie benotigt wird aber keine elektrische die Warmeversorgung ubernehmen sodass die KWK Anlage heruntergefahren werden kann Die E Kessel und Warmepumpen konnen zudem etwaige Stromuberschusse zur Warmeerzeugung verwenden Durch Einsatz von grossen Warmespeichern kann die im KWK Prozess zeitgleiche Produktion von Warme und Strom zeitlich wieder entkoppelt werden da sich thermische Energie gunstiger als elektrische Energie speichern lasst So kann eine KWK Anlage stromgefuhrt betrieben werden und dennoch die Warmeversorgung gewahrleisten In Zeiten von hoher Strom und geringer Warmenachfrage kann die Anlage unter Volllast laufen und die uberschussige Warme in den Speicher laden In Zeiten von geringer Strom und dennoch hoher Warmenachfrage kann die KWK Anlage in Teillast betrieben oder ganz abgeschaltet werden die restliche Warme lasst sich durch den Warmespeicher temporar bereitstellen Diese ausgleichende Funktion eines Warmespeichers in einem KWK System auf den Stromsektor wird auch als funktionale Stromspeicherung bezeichnet Anlagenvarianten Prinzipschaltbild eines BHKW Die Zahlen sind Anhaltswerte fur die Temperatur in C Eine zunehmend verbreitete Variante sind so genannte Blockheizkraftwerke BHKW Dabei handelt es sich um kleine bis mittelgrosse KWK Anlagen auf Basis von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen in Modulbauweise Wahrend bei diesen Anlagen die Warmeversorgung auf ein bestimmtes Objekt oder auf die nahere Umgebung z B einen Wohn Block beschrankt ist dienen die grosseren Heizkraftwerke der flachigen Fernwarme Versorgung oder der Erzeugung von Prozesswarme in der Industrie Bei Grossanlagen zur Fernwarmeversorgung sind einerseits die Netzverluste hoher als bei gebaudeintegrierten Blockheizkraftwerken wodurch die Effizienz des Energieeinsatzes sinkt Andererseits steigt mit zunehmender Leistung der Anlagen die Stromkennzahl also das Verhaltnis von Strom zu Warmeerzeugung und somit die Exergieausbeute was wiederum die Effizienz erhoht KWK Anlagen konnen unter anderem sein Entnahmedampfturbinen oder Gegendruckturbinen Gas und Dampfturbinen GuD Gasturbinen mit Abhitzekessel Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen Anlagen Man unterscheidet zwischen KWK Anlagen mit fixer und variabler Stromkennzahl entsprechend der starren und lenkbaren Kuppelproduktion Bei Anlagen mit fester Stromkennzahl liegt der elektrische und thermische Output in einem festen Verhaltnis s vor Diese KWK Anlagen wie z B Verbrennungsmotoren Gasturbinen und Gegendruckturbinen kann man nur an oder ausschalten bzw in Teillast betreiben Anlagen mit variabler Stromkennzahl wie z B Entnahmedampfturbinen sind flexibler im Betrieb da sich das P Q Verhaltnis in einem weiten Bereich beeinflussen lasst was bei wechselndem Bedarf an elektrischer und thermischer Energie Vorteile hat Neben dem Teillastbetrieb kann man das Gewicht auf Produktion elektrischer oder thermischer Energie legen Prinzip der Kraft Warme Kopplung mit einer Entnahme Kondensationsanlage Bei den mit Wasser als Arbeitsstoff betriebenen Heizkraftwerken der offentlichen Versorgung das sind in der Regel Entnahmedampfturbinen geht die Abgabe von Nutzwarme mit einer Verringerung der Stromproduktion geringerer elektrischer Wirkungsgrad einher Der Dampf muss vor den letzten Turbinenstufen entnommen werden damit seine Temperatur zum Heizen ausreichend hoch ist was dann im Niederdruckteil weniger Arbeit erzeugt Das Verhaltnis von elektrischem Minderertrag und gewonnener Nutzwarme wird als Stromverlustkennziffer bezeichnet Das Bild rechts zeigt im linken Teil vereinfacht das Prinzip der Entnahme Der nach dem Mitteldruckteil MD der Turbine also vor dem Niederdruckteil ND abgezweigte Dampf stromt in den Heizkondensator HK wo er sich unter Warmeabgabe an den Fernwarmekreislauf Temperaturniveau etwa 100 C verflussigt Von dort wird das Kondensat dem Speisewasserkreislauf zugefuhrt Der restliche Dampf arbeitet im Niederdruckteil und wird dann im Kondensator Ko bei ca 30 C abhangig vom Umgebungszustand verflussigt und uber die Kondensatpumpe KoP dem hier nicht abgebildeten Speisewasserbehalter zugefuhrt Die rechte Bildseite zeigt das zugehorige idealisierte T s Diagramm vergl Clausius Rankine Prozess fur einen Betriebszustand in dem die Halfte des Dampfes fur Heizzwecke genutzt wird Die gesamte rote Flache entspricht der genutzten Warme der obere schraffierte Teil dieser Flache dem Stromverlust in der Niederdruckstufe Von Kraft Warme Kalte Kopplung KWKK spricht man wenn die Anlage zusatzlich Kalte erzeugen kann Dabei wird die Nutzwarme des Prozesses genutzt um eine Absorptionskaltemaschine anzutreiben Trotz der deutlich hoheren Investition im Vergleich zu einer Kompressionskaltemaschine lasst sich die KWKK Anlage wirtschaftlich betreiben weil sich durch die Warmenutzung zur Klimatisierung im Sommer die Auslastung des KWK Prozesses erhoht FordermassnahmenForderung in Deutschland In Deutschland wird die KWK allgemein durch das Kraft Warme Kopplungsgesetz KWKG gefordert Anlagen die erneuerbare Energien in KWK nutzen z B Biogas BHKW mit Warmenetzen konnen wahlweise auch nach dem Erneuerbare Energien Gesetz EEG vergutet werden KWK Gesetz Hauptartikel Kraft Warme Kopplungsgesetz Mit dem Gesetz fur die Erhaltung die Modernisierung und den Ausbau der Kraft Warme Kopplung Kraft Warme Kopplungsgesetz KWKG werden in der Bundesrepublik Deutschland der Erhalt die Modernisierung und der Ausbau von KWK Anlagen gefordert die mit gasformigen oder flussigen Brennstoffen betrieben werden und nicht durch das Erneuerbare Energien Gesetzes gefordert werden Durch eine verstarkte Nutzung von KWK Anlagen soll eine weitere Minderung der Kohlendioxid Emissionen und die Energieeffizienzziele erreicht werden Das KWK Gesetz trat am 1 April 2002 in Kraft Am 1 Januar 2009 wurde in einer Novellierung des KWK Gesetzes eine deutliche Ausweitung der Forderung umgesetzt Weitere Novellierungen fanden zum 19 Juli 2012 und 1 Januar 2016 statt Die Ziele des KWKG haben sich im Lauf der Zeit verschoben von einer absoluten Einsparung an Treibhausgasen uber einen relativen Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland bis zu einem absoluten Wert der KWK Nettostromerzeugung Dies war unter anderem der einfacheren Messbarkeit geschuldet Die Betreiber sehr kleiner KWK Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis zu 50 kW erhalten fur 60 000 Vollbenutzungsstunden Vbh einen fixen KWK Zuschlag als Marktpramie bei grosseren KWK Anlagen betragt die Forderdauer 30 000 Vbh Der KWK Zuschlag auf den eingespeisten Strom ist von der Anlagengrosse abhangig und betragt zwischen 3 1 und 8 0 ct kWh Eigenverbrauch oder in Arealnetzen genutzter KWK Strom erhalt bis auf kleine KWK Anlagen bis 100 kW seit der Revision 2016 keine Forderung mehr Im Anlagensegment von 1 MW bis 50 MW ist eine Ausschreibung in Hohe von 200 MW pro Jahr zur Festlegung der Zuschlagshohe eingefuhrt worden Wahrend seit der Einfuhrung des Ausschreibungsmodells im Jahre 2017 alle Ausschreibungen leicht bis stark uberzeichnet waren lag die Gebots sowie die Zuschlagsmenge bei der Ausschreibungsrunde im Dezember 2019 zum ersten Mal deutlich unterhalb der ausgeschriebenen Menge Oberirdische Fernwarme Leitung uber die B36 in Mannheim Da die Verbindung von KWK Anlagen und Warmespeichern zu einer hohen Flexibilitat bei gleichzeitig effizienter Brennstoffnutzung fuhrt hat der Gesetzgeber die Forderung von Warme und Kaltespeichern vgl Kraft Warme Kalte Kopplung ins KWKG aufgenommen Des Weiteren wird der Neu und Ausbau von Warme und Kaltenetzen mit 30 der ansatzfahigen Investitionskosten bzw bei kleinen Rohrweiten bis 100 mm mit 100 Euro pro laufender Meter gefordert Kritiker wenden ein die Forderung sei zu gering und die zu erfullenden Bedingungen zu hoch um der KWK zu einem Durchbruch zu verhelfen Andere bemangeln die Regelungen seien im Zusammenspiel mit anderen Bestimmungen des Energierechts zu komplex sodass viele Interessenten abgeschreckt werden Erneuerbare Energien Gesetz EEG Hauptartikel Erneuerbare Energien Gesetz Mit der seit 2009 gultigen Novelle des Erneuerbare Energien Gesetzes 27 Absatz 4 EEG 2009 wurde die Nutzung der Abwarme aus der Stromerzeugung aus Biomasse z B in Biogasanlagen und Biomasseheizkraftwerken durch einen KWK Bonus von 3 Cent kWh KWK Strom EEG 2004 2 Cent kWh angeregt Dieser Bonus wurde auf die Grundvergutung nach dem EEG angerechnet und war vom Betreiber des vorgelagerten Stromnetzes zu entrichten Die bonusfahige Strommenge KWK Strom errechnete sich als Produkt aus Nutzwarme tatsachlich genutzte Abwarme und der Stromkennzahl der Anlage elektrische Leistung Nutzwarmestrom hier ist anders als oben mit Nutzwarme der theoretisch nutzbare Anteil gemeint durch die Anlagentechnik wie Generator und Warmetauscher ist die Stromkennzahl einer Anlage vorgegeben Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad und die intensive Nutzung der Abwarme erhohten also den Anteil der bonusfahigen Strommenge Verschiedene Bedingungen mussten fur den Bezug des KWK Bonus erfullt sein Anlage 3 des EEG 2009 Ausserdem wurde ein weiterer so genannter Technologie Bonus Innovationsbonus von bis zu 2 Cent kWh bei Einsatz bestimmter KWK Technologien Brennstoffzellen Gasturbinen Dampfmotoren Organic Rankine Anlagen Mehrstoffgemisch Anlagen insbesondere Kalina Cycle Anlagen oder Stirling Motoren gezahlt Anlage 1 des EEG 2009 Diese Zuschlags und Bonuszahlungen wurden indirekt auf alle Endverbraucher umgelegt Durch die EEG Novelle 2012 wurde sowohl der KWK Bonus als auch der Technologiebonus abgeschafft Der KWK Bonus ist nunmehr in die EEG Grundvergutung integriert und als Mindestanforderung fur Biomasseanlagen ubernommen indem eine Warmenutzung von mindestens 25 bzw 60 Prozent vorgeschrieben wird wenn nicht mehr als 60 Masseprozent flussige Gullefraktionen eingesetzt werden Anstatt des Technologie Bonus sah das EEG nun einen Gasaufbereitungs Bonus vor wenn geringere Methanemissionen und geringerer Stromverbrauch nachgewiesen werden konnten Mit der letzten EEG Reform im August 2014 wurde auch der Gasaufbereitungsbonus gestrichen um die Entwicklung der EEG Umlage zu dampfen Steuervergunstigungen Hauptartikel Okosteuer Deutschland Fur die Brennstoffe Erdgas Heizol und Flussiggas wurde bis 1 April 2012 beim Einsatz in KWK Anlagen mit einem Jahresnutzungsgrad von mindestens 70 Prozent die Energiesteuer ehemals Mineralolsteuer vollstandig erstattet Aufgrund einer zu kurzfristigen Antragstellung durch die deutschen Behorden bei der EU Kommission wurde die Bearbeitung von Antragen auf Energiesteuerentlastung im Jahr 2012 vorlaufig ausgesetzt Durch eine Gesetzesanderung wird ruckwirkend zum 1 April 2012 die vollstandige Entlastung nur noch geleistet wenn die Anlage neben dem Mindestnutzungsgrad von 70 Prozent steuerrechtlich noch nicht vollstandig abgeschrieben wurde und hocheffizient im Sinne der Richtlinie 2004 8 EG des Europaischen Parlaments ist Fur elektrische Energie aus Anlagen bis zu 2 MW elektrischer Leistung die im raumlichen Zusammenhang verbraucht wird muss zudem keine Stromsteuer 2 05 Cent kWh entrichtet werden Diese Befreiung trifft nicht nur auf KWK Anlagen zu sondern auf jede Anlage die maximal 2 MW gross ist Forderung in Osterreich In Osterreich besteht fur fossile Kraftwarmekopplungsanlagen eine Forderung in Art dass die Energieabgaben fur die Primarenergie nicht bezahlt werden mussen sofern der elektrische Wirkungsgrad uber 30 liegt Damit ist die Warmeerzeugung in KWK Anlagen de facto steuerbefreit bzw gefordert Fossile Kraft Warmekopplungen wurden in Osterreich von 2004 bis 2010 mit einem Gesamtvolumen von rund 500 Mio Euro in Form von Marktpreiszuschlagen zum Strompreis Unterstutzungstarifen unterstutzt diese Form der Forderung ist jedoch ausgelaufen 2014 wurde ein Gesetz erlassen welches eine Forderung der Stromproduktion von fossilen Anlagen uber KWK Punkte vorsieht deren Volumen jedoch nur mehr 38 Mio Euro pro Jahr betragt Weiters erhielten Kraftwerke wie das Kraftwerk Simmering Investitionsforderungen gemass 24 ff 2012 fur die Adaptierungsarbeiten Forderung in der Schweiz In der Schweiz wird die Warmekraftkopplung in Biomasse Abwasserreinigungs und Kehrichtverbrennungsanlagen indirekt durch den Bund gefordert LiteraturMartin Altrock u a Neuer Gesetzesrahmen fur die Kraft Warme Kopplung und Erneuerbare Energien AGFW Projektgesellschaft mbH Frankfurt am Main 2009 ISBN 3 89999 015 3 Wolfgang Zander Martin Riedel Hrsg Praxishandbuch Energiebeschaffung Lose Blatt Werk ISBN 978 3 410 22628 4 Ulf Jacobshagen Markus Kachel Das Kraft Warme Kopplungsgesetz KWKG 2012 2013 ISBN 978 3 410 23468 5 WeblinksBundesverband Kraft Warme Kopplung e V COGEN Europe Europaischer KWK Verband KWK Grundlagen BINE Informationsdienst KWK Prinzip BHKW Infozentrum GbR Einfuhrung in das Thema KWK in Blockheizkraftwerken BHKW Forum e V KWK Was ist das PDF 386 kB Universitat Duisburg Essen Berechnung der Energiekosteneinsparung beim Einsatz eines Mikro KWK PDF 344 kB ITG Institut fur Technische Gebaudeausrustung Dresden Forschung und Anwendung GmbH Mikro KWK Home Power fur wen ist diese Technologie geeignet RWE Effizienz GmbH energiewelt de Schweizerischer Fachverband fur Warmekraftkopplung Informationsplattform der deutschen UbertragungsnetzbetreiberEinzelnachweiseGunter Schaumann Karl W Schmitz Hrsgs Kraft Warme Kopplung 4 Auflage Berlin Heidelberg 2010 S 5 f Dominic A Notter Katerina Kouravelou Theodoros Karachalios Maria K Daletou and Nara Tudela Haberlandad Life cycle assessment of PEM FC applications electric mobility and m CHP In Energy and Environmental Science 8 2015 1969 1985 doi 10 1039 C5EE01082A Kraft Warme Kopplungsgesetz KWKG in fruherer und geltender Fassung Erneuerbare Energien Gesetz EEG 2009 in allen Fassungen Volker Quaschning Erneuerbare Energien und Klimaschutz 3 Auflage Munchen 2013 S 102 Pressemeldung Siemens Siemens erreicht Weltrekorde in Dusseldorfer Kraftwerk Fortuna abgerufen am 21 Marz 2016 Vgl Volker Quaschning Sektorkopplung durch die Energiewende Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berucksichtigung der Sektorkopplung Hochschule fur Technik und Wirtschaft Berlin 20 Juni 2016 Abgerufen am 8 April 2017 Vgl Michael Sterner Ingo Stadler Energiespeicher Bedarf Technologien Integration Springer Berlin 2014 S 709 f Martin Zapf Stromspeicher und Power to Gas im deutschen Energiesystem Rahmenbedingungen Bedarf und Einsatzmoglichkeiten Wiesbaden 2017 S 129 Philipp Pfeifroth Funktionale Stromspeicher Memento des Originals vom 19 Juni 2018 im Internet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Forschungsstelle fur Energiewirtschaft Lagom Energy Veroffentlichung der aktuellen KWK und iKWK Ausschreibungsergebnisse durch die BNetzA 9 Februar 2020 abgerufen am 30 Marz 2020 Kraftwerk im Keller Stromkonzerne behindern Energiesparen 1 2 Seite nicht mehr abrufbar festgestellt im April 2019 Suche in Webarchiven Manuskript zu Frontal21 vom 15 April 2008 Modernisierung von KWK Anlagen wirtschaftlichen Vorteil langfristig sichern Streichung 27 Abs 4 Nr 1 und 3 EEG Einfugung 27c EEG Die EU berat uber Energiesteuerentlastung fur BHKW Abgerufen am 22 Oktober 2012 Nur noch teilweise Energiesteuerentlastung fur BHKW 13 November 2012 abgerufen am 4 Dezember 2012 KWK Anlagen erhalten auch zukunftig wieder die Energiesteuererstattung 13 November 2012 archiviert vom Original nicht mehr online verfugbar am 8 Oktober 2013 abgerufen am 4 Dezember 2012 Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Bundestag Stromsteuergesetz In Gesetze im Internet Bundesministerium der Justiz und fur Verbraucherschutz 27 August 2017 abgerufen am 26 Februar 2018 ris bka gv at konsolidiert Jahr 2006 Investitionsforderung von KWK Anlagen Warmekraftkopplung WKK Abschnitt Forderung von WKK mit erneuerbaren Energien Bundesamt fur Energie BFE archiviert vom Original nicht mehr online verfugbar am 1 April 2012 abgerufen am 11 April 2012 Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Normdaten Sachbegriff GND 4134359 1 GND Explorer lobid OGND AKS

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