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AG Klärschlamm

Unser Klärschlamm-Blog

Energiebilanz 1: Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Ein wichtiges Argument vonseiten der Befürworter der MVA-Lösung ist, dass sie eine günstige Energiebilanz aufweise. Denn Abwärme aus der Klärschlammverbrennung könne im benachbarten Heizkraftwerk Nord genutzt werden. Für diese Diskussion zur Energiebilanz bei der Klärschlammverbrennung ist es hilfreich, sich zunächst mit Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung vertraut zu machen.

 Ziel Stromerzeugung, „Abfallprodukt“ Wärme

Wenn Strom („Kraft“) erzeugt wird, entsteht als Nebenprodukt gleichzeitig Wärme (ähnlich wie beim Verbrennungsmotor im Auto). Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird diese Abwärme nicht einfach in die Umwelt abgegeben, sondern in ein angeschlossenes System eingeleitet. So kann sie für andere Zwecke wie die Beheizung (oder auch Kühlung) von Gebäuden über ein Nah- oder Fernwärmenetz genutzt werden.

 Technisch sind viele Lösungen denkbar wie Dampf- und Gasturbinen, Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen. Diese KWK-Anlagen können in Blockheizkraftwerke oder größere Heizkraftwerke eingebaut sein. Als Brennstoffe können Öl, Kohle sowie Gase (z. B. Faulgas aus einem Klärwerk), Abfall oder Dampf aus einer Müllverbrennung verwendet werden.

 Einsparung von Brennstoffen und weniger Schadstoff-Emissionen

Im Vergleich zu einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme in zwei unabhängigen Prozessen werden bei der Kraft-Wärme-Kopplung weniger Brennstoffe (Primärenergie) benötigt. Außerdem werden weniger Schadstoffe ausgestoßen. Dies gilt insbesondere für Emissionen von Treibhausgasen wie Kohlendioxid. Diese verringerten Schadstoff-Emissionen werden in CO2-Äquivalenten (CO2eq) gemessen.

 

Der Wirkungsgrad

Immer wieder werden Sie den Begriff „Wirkungsgrad“ lesen. Er gibt an, wie viel Energie eingesetzt werden muss (Input), um eine bestimmte Menge Energie zu erzeugen (Output). Mit anderen Worten ist er ein Maßstab für die Energieeffizienz. Hierbei gibt es beträchtliche Unterschiede. Bei den Kohlekraftwerken erreichen selbst modernere Anlagen nur rund 40 %. Das Heizkraftwerk Nord in Bonn, ein effizientes Gas- und Dampf-Kraftwerk (GuD), kann dagegen 90 % Wirkungsgrad vorweisen.

Positiv wirkt sich aus, wenn Strom und Wärme kombiniert erzeugt werden. Dabei gibt es jedoch Unterschiede. Elektrische Energie ist vielseitiger einsetzbar und auch für Anwendungen in größerer Entfernung. Niedertemperaturwärme (bis ca. 100 °) ist primär für Heizzwecke nutzbar. Da es bei einem Transport über längere Distanzen zu hohen Wärmeverlusten kommt, sollten die Abnehmer möglichst nah an der „Quelle“, etwa einem Heizkraftwerk, liegen.

 Strom- oder wärmegeführt?

Der Name Kraft-Wärme-Kopplung sagt es schon: Strom („Kraft“) und Wärme werden immer gleichzeitig produziert. Normalerweise wird bei einem Kilowatt elektrischer Leistung gleichzeitig Wärme mit einer Leistung von zwei bis drei Kilowatt erzeugt. In der Praxis ist es nicht ganz einfach, beides optimal unter einen Hut zu bringen und damit die Anlage möglichst voll auszulasten. So ist im Sommer beispielsweise der Wärmebedarf niedriger.

In gewissen Grenzen kann das Verhältnis von Strom- zu Wärmeerzeugung noch verändert werden. Man spricht davon, dass eine Anlage strom- oder wärmegeführt betrieben wird. Um eine gute Auslastung zu erzielen, ist meist eine Ausrichtung am Wärmebedarf günstiger. Dabei sind auch die Energieverluste in der Regel geringer. Bei hohem Stromverbrauch, z. B. in Industriebetrieben, kann aber eine Ausrichtung am Strombedarf sinnvoll sein. Teurer Fremdstrom wird dabei durch günstigeren, selbst erzeugten Strom ersetzt. Die Wärme kann dann nicht immer genutzt werden. Der sogenannte tatsächliche Nutzungsgrad ist in diesem Fall geringer als der grundsätzlich mögliche Wirkungsgrad.

 Einführungen KWK

Es gibt zahlreiche Informationsseiten online rund um KWK. Grundlage für diesen Beitrag und auch als Einstieg geeignet sind beispielsweise