Kraft-Wärme-Kopplung, auch KWK bzw. CHP (Combined Heat and Power) genannt, bezeichnet die kombinierte Erzeugung von elektrischer (oder mechanischer) Energie und Wärme aus einer einzigen Primärenergiequelle innerhalb eines integrierten Systems. Als Brennstoffe können Erdgas, Sondergase, Biogas, Biomethan oder Wasserstoff eingesetzt werden.
Die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung basiert auf demselben Prinzip, jedoch in kleinerem Maßstab: Gemäß den Vorschriften gelten Anlagen mit einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kWe als Mikro-KWK-Anlagen. Der Unterschied zwischen den beiden Lösungen liegt daher nicht im Funktionsprinzip, sondern in der Anlagengröße und folglich in den versorgten Verbrauchern, der Dimensionierung und den Fördermechanismen.
Wie funktioniert eine KWK-Anlage?
Eine KWK-Anlage besteht aus einem Motor nach dem Otto-Prinzip, der mechanische Energie erzeugt und diese an einen Generator weiterleitet, um elektrische Energie in Niederspannung zu erzeugen, die anschließend auf Mittelspannung transformiert wird. Die Wärmerückgewinnung erfolgt auf zwei Wegen: aus dem Kühlwasser des Motors über einen Plattenwärmetauscher, mit dem Wasser auf eine hohe Temperatur gebracht werden kann, und aus den Abgasen, die bei Temperaturen von nahezu 400°C zur Erzeugung von Warmwasser, Heißwasser, Dampf oder Thermalöl genutzt oder direkt im Produktionsprozess eingesetzt werden können.
Dieses Prinzip gilt für alle Anlagengrößen: Der Unterschied zwischen Kraft-Wärme-Kopplung und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung liegt in der installierten Leistung und im Energiebedarf des von der Anlage versorgten Verbrauchers.
Was ist Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung?
Nach italienischen Vorschriften ist eine Mikro-KWK-Anlage eine KWK-Anlage mit einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kWe; bis zu einer Leistung von 1 MWe spricht man hingegen von Klein-KWK. Oberhalb dieser Schwellenwerte beginnt der Bereich der mittleren und großen Kraft-Wärme-Kopplung, deren Leistung mehrere MWe erreichen kann.
Diese Unterscheidung hat eine wichtige praktische Auswirkung auf die Anerkennung als hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung (CAR): Eine Anlage mit einer Leistung von mindestens 1 MWe gilt als hocheffizient, wenn die Primärenergieeinsparung (PES) gegenüber der getrennten Erzeugung mindestens 10% beträgt. Bei Mikro- und Klein-KWK-Anlagen ist hingegen jeder positive PES-Wert ausreichend.
Die Unterschiede im Überblick
| Caratteristica | Microcogenerazione | Cogenerazione |
|---|---|---|
| Potenza elettrica | Inferiore a 50 kWe | Da 50 kWe a diversi MWe (piccola cogenerazione fino a 1 MWe) |
| Principio di funzionamento | Produzione combinata di elettricità e calore | Identico, su scala maggiore |
| Utenze tipiche | Fabbisogni energetici contenuti e continui | Realtà energivore: industria, terziario, sanità, data center |
| Requisito CAR | PES di qualunque valore positivo | PES di almeno il 10% (unità da 1 MWe in su) |
Welche Lösung ist die richtige? Die Bedeutung der Dimensionierung
Kraft-Wärme-Kopplung eignet sich besonders für energieintensive Unternehmen mit einem hohen und kontinuierlichen Wärme- und Strombedarf: Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Chemie- und Pharmaindustrie, Kunststoffindustrie, Papierfabriken und Textilindustrie, aber auch Krankenhäuser, Rechenzentren, Hotels, Einkaufszentren, Universitäten und Fernwärmenetze. Die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung folgt derselben Logik bei Verbrauchern mit geringerem, aber über die Zeit konstantem Energiebedarf.
Um maximale Leistung zu erzielen, ist die Wahl der richtigen Anlagengröße entscheidend. Das wichtigste Instrument ist die Machbarkeitsstudie: Sie ermöglicht es festzustellen, ob ein Unternehmen die geeigneten Voraussetzungen für diese Technologie erfüllt, indem die technische Machbarkeit, die wirtschaftlichen Vorteile und die Kapitalrendite analysiert werden.
Vorteile der kombinierten Erzeugung
Unabhängig von der Anlagengröße bietet die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme energetische, ökologische und damit auch wirtschaftliche Vorteile:
Brennstoffnutzungsgrad von bis zu 85%, mit einer Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um mehr als 30% gegenüber der getrennten Erzeugung
Eigenverbrauch vor Ort: Übertragungs- und Verteilungsverluste der Stromnetze werden vermieden
Geringere CO₂- und Treibhausgasemissionen; bei Nutzung von Biogas oder Biomethan werden fossile CO₂-Emissionen vermieden
Resilienz: Der Inselbetrieb gewährleistet eine kontinuierliche Energieversorgung auch bei einem Stromausfall, ein entscheidender Faktor für kritische Einrichtungen wie Krankenhäuser und Rechenzentren
Einsparungen bei den Energiekosten und für CAR-Anlagen Zugang zum System der Weißen Zertifikate: Der GSE gewährt ein Zertifikat für jede eingesparte Tonne Öläquivalent (TEP), das auf der GME-Plattform gehandelt werden kann
Häufig gestellte Fragen zu Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung und Kraft-Wärme-Kopplung
Was versteht man unter Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung?
Eine KWK-Anlage mit einer elektrischen Leistung von weniger als 50 kWe. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie bei der Kraft-Wärme-Kopplung: die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme aus einer einzigen Primärenergiequelle.
Funktioniert Mikro-KWK anders als KWK?
Nein. Unterschiedlich sind die installierte Leistung und die versorgten Verbraucher, nicht jedoch das Prinzip: Motor, Generator sowie die Wärmerückgewinnung aus Kühlwasser und Abgasen sind dieselben, lediglich in kleinerem Maßstab.
Wann wird eine Anlage als CAR anerkannt?
Eine Anlage mit einer Leistung von mindestens 1 MWe gilt als hocheffizient, wenn der PES mindestens 10% beträgt. Bei Mikro- und Klein-KWK-Anlagen (unter 1 MWe) ist jeder positive PES-Wert ausreichend. Die CAR-Anerkennung ermöglicht den Zugang zu Weißen Zertifikaten.
Welchen Wirkungsgrad erreicht eine KWK-Anlage?
Der Brennstoffnutzungsgrad kann bis zu 85% erreichen, wobei der Primärenergieverbrauch gegenüber der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme um mehr als 30% reduziert wird.
