KWK-Anlagen

Brennstoffe und Anlagen

KWK-Anlagen können mit nahezu allen Brennstoffen und jeder anderen Wärmequelle genutzt werden, bei der das Temperaturniveau hoch genug ist. Neben den fossile Brennstoffe wie Erdgas oder Kohle, können auch Biobrennstoffe wie Biogas, Pflanzenöl und sogar Holz, Stroh oder organische Siedlungsabfälle für den KWK-Prozess genutzt werden. Auch Wasserstoff spiel eine zunehmende Rolle beim Einsatz von KWK-Anlagen. 

Flüssige oder gasförmige Brennstoffe können direkt verfeuert werden und treiben optimierte Motoren aus dem Automobil-, Schiffs- oder Flugzeugbereich an. Diese Anlagen werden auch als Blockheizkraftwerke (BHKW) bezeichnet. Der Vorteil hier ist, das auch die bei der Verbrennung entstehende Wärme zu großen Teilen genutzt wird. So kommen hohe Gesamtwirkungsgrade von teilweise über 90% zu Stande.

Bei größeren Anlagen kommen oft eigens angefertigte Gasturbinen zum Einsatz. Die heißen Abgase der Turbine werden auch hier energetisch genutzt. Beispielsweise können sie entweder genutzt werden, um über einen Wärmetauscher Fernwärme auszukoppeln oder über einen Heizkessel Dampf zu erzeugen, welcher wiederum eine Dampfturbine antreibt. Im letzteren Fall spricht man von einer Gas- und Dampfturbine – kurz GuD.

Feste Rohstoffe werden normalerweise verbrennt, um direkt über einen Heizkessel Dampf zu erzeugen, welcher dann eine Dampfturbine antreibt. Ein Teil des Dampfes wird vor der Turbine über einen Wärmetauscher ausgekoppelt. Die so gewonnene Wärme kann ebenfalls als Fernwärme zur Wärmeversorgung eingesetzt werden.

Der Einsatz von Wasserstoff in KWK Anlagen ist bereits heute möglich, so dass bisher mit fossilen Brennstoffen betriebene KWK-Anlagen auf klimaneutrale Prozesse umgestellt werden können. Bedeutende Hersteller von Gasturbinen und Gasmotoren testen in Demonstrations- und teilweise kommerziellen Anlagen, wie sich bei erhöhter Wasserstoffbeimischung bis hin zur reinen Wasserstoffverbrennung diese Maschinen verhalten. Die Ergebnisse der Tests sind vielversprechend. Es besteht aber weiterhin Forschungsbedarf bei diesen KWK-Anlagen, insbesondere bei größeren Leistung. Brennstoffzellensysteme, die Erdgas in einem vorgeschalteten Reformer in ein wasserstoffreiches Gas wandeln und Strom und Wärme produzieren, sind in mehrjährigen Praxistests erprobt. Kleine Anlagen um 1 kW können beispielsweise bei der häuslichen Strom- und Wärmeversorgung eingesetzt werden. Durch das Bilden von Brennstoffzellen Stacks sind aber auch Anlagen in wesentlich größen Leistungsklassen einsetzbar.

Leistungsklassen

KWK Anlagen werden oft nach ihrer elektrischen Leistung klassifiziert. Die Spanne reicht hier von unter 1 kW bis mehreren MW. Anlagen ab einer Leistung von 1 MW kommen typischerweise im industriellen Bereich zum Einsatz.

Kleinere Anlagen werden heute fast ausschließlich in Form von sogenannten Blockheizkraftwerken (BHKW) verbaut. Diese modularen KWK-Anlagen, die vorzugsweise in der Nähe der Wärmeabnehmer aufgestellt werden, ermöglichen durch ihre kompakte Bauform eine einfache Installation. BHKWs werden heutzutage in Serie produziert, so dass der Preis in den letzten Jahren deutlich reduziert werden konnte. Neben großen und mittelständischen Unternehmen finden BHKWs dadurch immer mehr Anwendung in kleinen Unternehmen, der Objektversorgung als auch in Ein- und Mehrfamilienhäusern. 

Neben den unterschiedlichen Technologien und Brennstoffen klassifiziert man die BHKW vor allem nach ihrer Leistung:

Bezeichnung Leistung (kWel)
Mikro-KWK kleiner als 10
Mini-KWK ab 10, kleiner als 50
kleine KWK ab 50, kleiner als 1.000
große KWK mehr als 1.000