Kraft-Wärme-Kopplung: Was ist das und welche Vorteile bietet sie den Unternehmen

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Was ist die Kraft-Wärme-Kopplung?

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist der Prozess der kombinierten Erzeugung von elektrischer (und/oder mechanischer) Energie und Wärme. Dieser Prozess erfolgt mit einer einzigen Primärenergiequelle, d. h. mit demselben Brennstoff, der Erdgas, Spezialgas, Biogas, Biomethan oder Wasserstoff sein kann.

  • Erdgas ist ein Brennstoff, der aus der anaeroben Zersetzung von organischem Material entsteht, das in der Natur in fossilem Zustand oder in seinem natürlichen Zustand in reinen Gaslagerstätten vorkommt;

  • Spezialgase sind Gase, die bei der Erdölförderung und der Kohleverarbeitung zurückgewonnen werden (Erdölbegleitgas, APG);

  • Biogas ist ein natürlicher Brennstoff, der durch „anaerobe Vergärung“, also die bakterielle Fermentation in Abwesenheit von Sauerstoff, aus organischen Rückständen von pflanzlichen oder tierischen Rückständen gewonnen wird;

  • Biomethan ist ein aus Biogas gewonnenes Gas, das einem Raffinations- und Reinigungsprozess unterzogen wurde, der als Upgrading bezeichnet wird;

  • Wasserstoff, insbesondere umweltfreundlicher Wasserstoff, ist ein Gas, das durch die Elektrolyse von Wasser mit Hilfe von Energie aus erneuerbaren Quellen hergestellt wird.

Funktion einer KWK-Anlage

Die Konfiguration eines KWK-Projekts kann je nach dem als Brennstoff verwendeten Gas variieren:

  • Eine Biogasanlage besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: Dem Teil für die anaerobe Vergärung, in dem die eigentliche Biogaserzeugung stattfindet (bestehend aus einem oder mehreren Fermentern) und dem Teil, in dem das Biogas in Energie umgewandelt wird, d. h. der KWK-Anlage.

  • Im Falle von Erdgas hingegen ist keine der KWK-Anlage nachgeschaltete Technologie erforderlich, da das Gas direkt aus dem nationalen Netz bezogen wird.

Unabhängig von der Art des verwendeten Gases bestehen KWK-Anlagen in der Regel aus einem Otto-Motor, der mechanische Energie erzeugt und diese an einen Generator weiterleitet, um Niederspannungsstrom zu erzeugen, der dann in Mittelspannung umgewandelt wird. Die Wärmerückgewinnung erfolgt an zwei Fronten: aus dem Kühlwasser des Motors über einen Plattenwärmetauscher, der die Gewinnung von Wasser mit hoher Temperatur ermöglicht, und aus den Abgasen, die mit einer Temperatur von fast 400 °C über einen Kessel zur Erzeugung von Heißwasser, überhitztem Wasser, Dampf oder diathermischem Öl genutzt werden können, anstatt als solche im Produktionsprozess verwendet zu werden.

Die KWK-Anlage ist das Herzstück des Projekts und die Leistung der Anlage hängt von ihrer Qualität und Zuverlässigkeit ab, sowohl in Bezug auf die Energie als auch auf die wirtschaftliche Gesamtleistung.

Technologies and operating process of a cogenerator

Technologies and operating process of a biogas CHP plant

Kraft-Wärme-Kopplung: Vorteile und Nutzen

Die Kraft-Wärme-Kopplung ist die ideale Wahl für alle Industrie-, Tertiär- und Servicesektoren mit energieintensiven Betrieben, die einen hohen Strom- und Wärmeverbrauch haben, oder für Betriebe, die Abfälle produzieren, die wiederverwertet werden können. Die Vorteile sind zahlreich:

  • Die Effizienz der Nutzung des Ausgangsbrennstoffs steigt um bis zu 85 %;

  • Es werden weniger CO2- und Treibhausgasemissionen erzeugt. Wenn die Energieerzeugung durch Biogas oder Biomethan erfolgt, ist das emittierte CO2 außerdem landwirtschaftlichen Ursprungs, so dass keine fossilen CO2-Emissionen entstehen und die Klimaauswirkungen gleich null sind;

  • Kraft-Wärme-Kopplungssysteme sind belastbar und unabhängig, d. h. sie können isoliert, also getrennt vom Netz, betrieben werden und sind daher ideal für Gebiete, die häufig von Stromausfällen betroffen sind oder in denen die Netze nicht die erforderliche Leistung erbringen;

  • Die in eine Biogasanlage integrierte Kraft-Wärme-Kopplung nutzt Abfallstoffe und ermöglicht die Erzeugung von erneuerbarer Energie;

  • Die Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht erhebliche Einsparungen bei den Energierechnungen, die mit der Rationalisierung des Einsatzes des Ausgangsbrennstoffs und der Selbsterzeugung der restlichen Energie zusammenhängen;

  • In einigen Ländern gibt es neben den bereits beträchtlichen finanziellen Einsparungen auch Anreize, Geld zu sparen. In Italien beispielsweise gibt es sowohl weiße Zertifikate für Energieeffizienz als auch Anreize der GSE für die Erzeugung erneuerbarer Energie.

Eine Garantie für Energieeffizienz und Nachhaltigkeit

Eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage ist eine energieeffizientere Wahl als die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme. Ein Unternehmen nutzt traditionell Wärmekraftwerke und Heizkessel, um den Strom- und Wärmebedarf seiner Produktionsprozesse zu decken, was sich sowohl auf den Energieverbrauch als auch auf die Kosten auswirkt. In konventionellen Kraftwerken wird ein Teil der Wärmeenergie nicht tatsächlich umgewandelt, sondern in die Umwelt abgegeben. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung hingegen wird die Abwärme nutzbar gemacht und zum Heizen oder für andere Zwecke verwendet.

Die Effizienz des Prozesses schlägt sich auch in niedrigeren Energierechnungen und geringeren CO2-Emissionen nieder: Letzteres ist einer der Gründe, warum die Kraft-Wärme-Kopplung auch eine nachhaltige Wahl ist. Wenn es sich bei den verwendeten Brennstoffen um Biogas, Biomethan oder umweltfreundlichen Wasserstoff handelt, die aus Abfallstoffen wie Abwässern aus der Viehzucht, Klärschlamm, der organischen Fraktion fester Siedlungsabfälle (FORSU), agroindustriellen Abfällen oder anderen Ernterückständen gewonnen werden, ermöglicht die Kraft-Wärme-Kopplung die Aufwertung von Abfallstoffen, die sich von Abfällen in eine für die Erzeugung erneuerbarer Energie geeignete Ressource verwandeln.

Eine ausführliche Studie

Kraft-Wärme-Kopplung mit Erdgas

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