Kraft-Wärme-Kopplung – Grundlagen, die man kennen sollte. Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?
Der sprunghafte Anstieg der Energiepreise im letzten Jahrzehnt, verbunden mit dem ökologischen Druck in Bezug auf den Klimaschutz – unabhängig davon, ob dies, wie manche behaupten, ein eingebildetes Problem oder eine reale Bedrohung für die Erde ist – fördert die ständige Entwicklung von Technologien für erneuerbare Energien (EE). Ziel dieser Entwicklung ist sowohl der Zugang zu günstigeren Energien als auch der Umweltschutz.
Diese Trends zwingen Unternehmen definitiv dazu, effizientere Energiemanagementsysteme einzuführen – andernfalls könnten sie im Laufe der Zeit gegenüber Unternehmen in Ländern mit Zugang zu günstigeren Energien an Wettbewerbsfähigkeit verlieren. Hier kommt die Kraft-Wärme-Kopplung ins Spiel, die diesen Trends gerecht wird, obwohl man von KWK allgemein nur wenig gehört hat. Was ist Kraft-Wärme-Kopplung – wozu dient sie und wo wird sie eingesetzt – damit beschäftigen wir uns im folgenden Artikel.
✅ Wie funktioniert und worum geht es bei dem Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung?
Der Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung (--> KWK) zielt darauf ab, kostengünstige elektrische oder thermische Energie zu erzeugen. Oft wird sie auch mit dem Kürzel CHP (aus dem Englischen "combined heat and power") bezeichnet, was weitgehend darauf hinweist, worum es bei der KWK geht. In den meisten Fällen soll sie beide Energiearten gleichzeitig liefern.
Der KWK-Prozess wird durch spezielle Geräte durchgeführt, die mit speziellen Komponenten zur Energieerzeugung ausgestattet sind. Diese werden als KWK-Einheiten oder KWK-Anlagen bezeichnet. Durch die Kombination beider Prozesse in einem Gerät kann die thermische Energie, die als Nebenprodukt bei der Erzeugung elektrischer Energie entsteht, mithilfe spezieller, recht großer Wärmetauscher zurückgewonnen werden. Wärmetauscher für die Kraft-Wärme-Kopplung sind keine gewöhnlichen kleinen Plattenwärmetauscher, wie man sie von unseren Gasthermen kennt. Es handelt sich um größere Geräte, die in der Lage sind, große Mengen Energie zu übertragen, beispielsweise auf Wasser (vereinfacht gesagt – das Wasser zu erwärmen). Es kann auch ein anderes Medium sein – wenn das Ziel der Kraft-Wärme-Kopplung in einem bestimmten Betrieb beispielsweise die Erwärmung eines anderen Mediums ist (wie etwa die Pasteurisierung von Milch oder eines anderen Produkts in der Lebensmittelindustrie). Das warme Wasser kann wiederum zur Beheizung von Lagerhallen oder Büros genutzt werden. Es handelt sich dabei nahezu um kostenlose Energie, die einfach zurückgewonnen wird.
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Leider sind KWK-Anlagen derzeit so teuer und beanspruchen so viel Platz, dass diese Technologie nicht häufig in Einfamilienhäusern verwendet wird. Dennoch entwickelt sich die KWK-Technologie weiter, und wer weiß, vielleicht werden wir eines Tages kleine KWK-Einheiten in modernen Häusern haben – obwohl es solche Lösungen auch heute schon gibt.
Derzeit wird Kraft-Wärme-Kopplung in Industrieanlagen eingesetzt – in Fabriken, bei der Lebensmittelproduktion (die recht energieintensiv ist), bei der Herstellung von Baumaterialien usw. Auch in großen Unternehmen mit großen Lagerflächen, wie Logistikzentren, wird sie genutzt, wodurch diese effizienter werden. Ein häufiges und hervorragendes Beispiel für den Einsatz von KWK sind öffentliche Schwimmbäder. Darüber hinaus werden KWK-Systeme in größeren Hotels, Krankenhäusern und öffentlichen Gebäuden eingesetzt.
✅ Kraft-Wärme-Kopplung senkt langfristig die Kosten und bietet Wettbewerbsvorteile
KWK ist ein effizientes System und bietet daher einige Vorteile. Vor allem sind Unternehmen, die es einführen, langfristig energieeffizienter. In Zukunft wird die von Unternehmen verbrauchte Energie und deren Kosten ein entscheidender Faktor für die Preisgestaltung sein. Daher werden Unternehmen, die KWK einführen, nach Amortisation der Investition einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil erlangen.
Viele Unternehmen, die auf Kraft-Wärme-Kopplung umgestellt haben, konnten ihre Stromkäufe von öffentlichen Anbietern um bis zu 50 % reduzieren. In Kombination mit PV-Anlagen kann man davon ausgehen, dass dies potenziell ein System ist, das die Kostenkalkulation eines Unternehmens grundlegend verändert, insbesondere wenn es sich um ein Unternehmen handelt, das große Mengen an Energie verbraucht.
✅ Wie lange dauert es, bis sich eine Investition in Kraft-Wärme-Kopplung amortisiert?
Das hängt davon ab, wie viel Energie ein Unternehmen tatsächlich verbraucht. Angesichts der Kosten und der Größe der Kraft-Wärme-Kopplung-Einheiten lohnt es sich nicht, diese in Häusern zu installieren – daher wird es sich auch nicht lohnen, sie in Unternehmen zu installieren, in denen nur ein Computer, ein Drucker oder gelegentlich eine Klimaanlage betrieben werden.
In Unternehmen, die jedoch größere Mengen an Energie verbrauchen, z. B. in Produktionsbetrieben, amortisiert sich die Investition oft schneller als bei den bekannteren Photovoltaikanlagen. Oft beträgt die Amortisationszeit nur wenige Jahre – Schätzungen reichen von 3 bis 6 Jahren, wobei 3 Jahre wahrscheinlich ein optimistisches Szenario sind. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Kosten für Elektrizität und Heizung jedes Jahr weiter steigen werden – und das sollte in Betracht gezogen werden.
Derzeit haben nur wenige Unternehmen das Potenzial von Energiemangel durch öffentliche Versorger vor Augen, doch vor einigen Jahren, während der Pandemie und im ersten Jahr des Ukraine-Krieges, haben viele dieses Szenario in Betracht gezogen. Es ist daher wichtig zu beachten, dass Kraft-Wärme-Kopplung eine Art privates Kraftwerk ist – sie kann außerhalb des staatlichen Energiesystems betrieben werden. Keine Stromausfälle können das Unternehmen stören, es sei denn, sie dauern wirklich lange. Kraft-Wärme-Kopplung erhöht somit die Widerstandsfähigkeit eines Unternehmens gegen Energieausfälle, z. B. aufgrund von Stürmen oder Unwettern. Dies gibt dem Unternehmen Unabhängigkeit.
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Die Kombination der Erzeugung von Elektrizität und Wärme in einem einzigen Gerät verbraucht im Verhältnis zur erzeugten Energie weniger Brennstoff als die Nutzung von zwei separaten Systemen. Weniger Brennstoffverbrauch bedeutet nicht nur Kostensenkung, sondern ist auch ein umweltfreundlicher Prozess.
Nicht jede Einheit ist gleich. Es handelt sich um ein Ensemble von Geräten, das unterschiedlich viel Platz benötigt, und es lässt sich nicht mit einem Satz beantworten. Eine KWK-Einheit muss von einem spezialisierten Unternehmen ausgewählt werden, das je nach den spezifischen Anforderungen unseres Unternehmens das geeignete System vorschlägt.
☑️ Hiermit antworten wir: Wir sind mit keinem Hersteller von KWK-Anlagen verbunden, und unser Artikel ist unabhängig, nicht gesponsert. Wir empfehlen kein spezifisches Unternehmen.
Die meisten KWK-Anlagen basieren hauptsächlich auf Turbinen – Dampf- oder Gasturbinen, manchmal auch in hybrider Form.
Das KWK-System bezieht Energie aus verschiedenen Brennstoffquellen, die zur gleichzeitigen Erzeugung von Elektrizität und Wärme verwendet werden – je nach unseren Bedürfnissen. Die am häufigsten verwendeten Brennstoffe sind Erdgas (sogenannte Gas-KWK), aber auch Kohle, Biomasse, Pellets und verschiedene Heizöle. Einige Unternehmen haben Zugang zu günstigeren Brennstoffen bestimmter Sorten, sodass das KWK-System individuell an die Bedürfnisse und Möglichkeiten des jeweiligen Unternehmens angepasst wird.
Gas-KWK nehmen wir hier als Beispiel. Bei Systemen, die Erdgas nutzen, wird dieses in Gasmotoren oder Gasturbinen verbrannt, die elektrische Generatoren antreiben. Dabei entsteht auch Wärme (das wissen wir bereits), die zurückgewonnen und zur Beheizung von Gebäuden, zur Erzeugung von Prozessdampf oder in Fernwärmesystemen wiederverwendet wird. Oftmals wird sie sowohl für das eine als auch für das andere genutzt.
Die Nutzung von Kohle, Biomasse oder Pellets in KWK-Systemen erfolgt in der Regel in Dampfkesseln, wobei der Dampf die Turbinen antreibt, die elektrische Energie erzeugen, und die Abwärme ähnlich genutzt wird. Dadurch sind KWK-Systeme energieeffizienter, da sie die verfügbaren Brennstoffe maximal ausnutzen und gleichzeitig die Emission schädlicher Substanzen in die Atmosphäre reduzieren.
✅ Wie viel kostet eine KWK-Einheit oder ein KWK-System für ein Unternehmen?
Leider ist unsere Antwort möglicherweise enttäuschend: Es lässt sich nicht sinnvoll beantworten, da die Systeme sehr unterschiedlich sind und ihre Größe und Leistung speziell auf das Unternehmen abgestimmt sein müssen. Die einzige Möglichkeit besteht darin, sich an ein Unternehmen zu wenden, das KWK-Lösungen anbietet, und seine Bedürfnisse darzulegen. Wichtig ist, dass diese auf realistischen Daten zum Energieverbrauch basieren und nicht auf geschätzten Werten. Es ist auch nützlich, Daten zu den Energieverlusten des Gebäudes zu haben und zumindest in geringem Maße eine – nennen wir es – Energiestrategie des Unternehmens zu haben. Man sollte wissen, ob man hauptsächlich die Effizienz des Heizsystems verbessern oder die Effizienz der Stromerzeugung erhöhen möchte. Erst dann kann ein vernünftiger Kostenvoranschlag erstellt werden, wenn man den richtigen Berater findet. Alle anderen Informationen zu den zu erwartenden Kosten vor einer genauen Untersuchung der Bedürfnisse und Spezifikationen des Unternehmens sollten als Spekulation betrachtet werden.
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