Kraft-Wärme-Kopplung (KWK): Funktion, Vorteile & Einsatzgebiete

Kraft-Wärme-Kopplung bietet eine Reihe von Vorteilen. Besonders in dicht besiedelten Regionen ermöglicht sie eine effiziente und nachhaltige Wärmeversorgung mit kurzen Transportwegen.

Wichtig: Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz von KWKs ist der gleichzeitige Bedarf von Strom und Wärme. Außerdem sollte die Anlage möglichst nahe beim Verbraucher stehen. Wärmetransport über große Entfernungen ist meist nicht wirtschaftlich.

Bei der thermischen Stromerzeugung wird ein Brennstoff verbrannt, um Wasser zu erhitzen. Der entstehende Dampf treibt Turbinen an, die Strom erzeugen. Bei der Stromerzeugung entsteht viel Abwärme, die in klassischen Kraftwerken zum Großteil verloren geht.

In KWK-Anlagen hingegen wird diese Abwärme genutzt. Sie wird zum Beispiel ins Fernwärmenetz eingespeist, dadurch steigt die Energieausbeute erheblich.

Der Prozess läuft Schritt-für-Schritt so ab:

So kann ein Großteil der eingesetzten Energie weiterverwendet werden.

Das Prinzip der KWK ist sehr flexibel. Es kann mit verschiedenen Brennstoffen und Wärmequellen genutzt werden. Voraussetzung ist ein Temperaturniveau von etwa 200 Grad Celsius.

Neben fossilen Energien wie Erdgas können auch erneuerbare Energien wie Biogas, Biomasse, Geothermie sowie Abfälle (Müllverbrennungsanlagen und Deponiegas) eingesetzt werden.

Künftig könnten auch synthetisch erzeugte, erneuerbare Brennstoffe eine größere Rolle spielen. Dazu zählen etwa Power-to-Gas und Power-to-Liquid.

Blockheizkraftwerke, kurz BHKW, sind kompakte Anlagen, die meist mit Gas, Öl oder Biodiesel betrieben werden. Sie funktionieren ähnlich wie ein Verbrennermotor beim Auto und werden direkt dort eingesetzt, wo die Wärme verbraucht wird. Typischerweise in der Industrie oder in Wohngebäuden für einzelne Gebäude oder ganze Siedlungen.

Brennstoffzellen können in Mikro-KWK-Anlagen eingesetzt werden. Sie erzeugen Strom besonders effizient und leise und eignen sich daher gut für den Einsatz in Gebäuden.

Bei einem GuD-Kraftwerk treibt zuerst eine Gasturbine einen Generator an und erzeugt so Strom. Dabei entstehen Abgase, die nicht einfach abgeführt werden, sondern weiterverwendet.

Aus den heißen Abgasen wird Wasserdampf erzeugt. Dieser Dampf wird dann verwendet, um eine zweite Turbine – die Dampfturbine – anzutreiben. Sie erzeugt zusätzlichen Strom.

Ein Teil dieses Dampfes wird anschließend für die Fernwärme ausgekoppelt. Dadurch sinkt zwar die elektrische Leistung etwas, dafür entsteht aber ein Vielfaches an nutzbarer Wärme.

GUD-Kraftwerke arbeiten besonders effizient und erreichen einen deutlich höheren Wirkungsgradtwa doppelt so hoch wie bei einem herkömmlichen kalorischen Kraftwerk.

BHKWs mit Sterlingmotoren galten im kleinen Leistungsbereich als interessante Variante. Sie lassen sich mit niedrigen Temperaturen flexibel einsetzen. Sie haben sich aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchgesetzt.

KWK-Anlagen werden oft nach ihrer elektrischen Leistung (Anteil der Stromgewinnung) eingeteilt:

In Wien betreiben wir mit den Kraftwerken Donaustadt und Simmering zwei große KWK-Anlagen. Sie sind ein wichtiger Teil der Energieversorgung der Stadt und eine wesentliche Stütze des sogenannten „Wiener Modells“

Auch die Müllverwertungsanlage Spittelau nutzt Kraft-Wärme-Kopplung. Sie speist die Wärme aus der Müllverbrennung ins Fernwärmenetz ein und produziert Strom.

Industriebetriebe nutzen KWK vor allem zur Eigenversorgung mit Energie. Dabei wird Prozesswärme direkt vor Ort eingesetzt, wodurch Energieverluste minimiert werden. Das ist zum Beispiel oft in der Lebensmittelproduktion, in der Chemieindustrie oder in der Papiererzeugung der Fall.

Auch im kleinen Maßstab ist KWK möglich. Zum Einsatz kommen dort etwa Mikro-KWK-Anlagen oder Brennstoffzellen. Sie können ein Gebäude gleichzeitig mit Wärme und teilweise auch mit Strom versorgen.

Damit das Stromnetz stabil bleibt, müssen Erzeugung und Verbrauch jederzeit im Gleichgewicht sein. Sonst drohen Engpässe oder im schlimmsten Fall Blackouts.

KWK-Anlagen leisten hier einen wichtigen Beitrag. Sie können flexibel eingesetzt werden und helfen, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Gerade im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien ist das wichtig. Denn die Stromerzeugung aus Sonnen-, Wind- und Wasserkraft ist stark wetterabhängig und deshalb nicht gleichmäßig.

Die Zahl der KWK-Einsätze zur Netzstabilisierung hat sich in den vergangenen Jahren stark erhöht, nämlich verzehnfacht. Damit sind KWK-Anlagen eine wichtige Ergänzung zu erneuerbaren Energien, deren Produktion schwanken kann.

Kraft-Wärme-Kopplung nutzt Energie besonders effizient. Dadurch wird weniger Brennstoff gebraucht, was die CO₂-Emissionen senkt.

Ein zusätzlicher Vorteil zeigt sich bei der Luftqualität. Ersetzt Fernwärme Gas-, Öl- oder Holzheizungen im Gebäude, entstehen vor Ort weniger Abgase. Das verbessert die Luftsituation.

Auch die Feinstaubbelastung kann sinken. Das gilt vor allem dann, wenn ältere Holz- oder Kohleheizungen ersetzt werden. Gerade in Städten ist das ein wichtiger Vorteil.

KWK-Anlagen könnten in Zukunft mit grünem Gas betrieben werden. Denkbar sind dabei etwa Wasserstoff, Biogas oder andere synthetische, erneuerbare Brennstoffe. Eine zentrale Herausforderung bleibt jedoch die ausreichende Verfügbarkeit dieser Energieträger.

Viele thermische Kraftwerke in Österreich erreichen in den nächsten Jahren das Ende ihrer Lebensdauer. Sie müssen modernisiert oder ersetzt werden, was hohe Investitionen und langfristige Planung erfordert. Von der Investitionsentscheidung bis zur Inbetriebnahme vergehen oft rund sieben Jahre.

Gleichzeitig haben sich die Rahmenbedingungen am Strommarkt verändert. Strompreise schwanken stärker und wirtschaftlicher Druck nimmt zu. Das trifft auch hocheffiziente KWK‑Anlagen.

Gerade diese Anlagen sind jedoch wichtig für ein modernes Energiesystem. Sie helfen dabei, erneuerbare Energien sicher und effizient zu integrieren.

Mit dem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien verändern sich die Anforderungen an das Stromsystem und somit auch an die Kraft-Wärme-Kopplung. KWK-Anlagen müssen flexibler betrieben werden und perspektivisch mit klimaneutralen Brennstoffen arbeiten können.