AllgemeinKraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung (kurz: KWK) ist mittlerweile als fester Bestandteil des zukünftigen Energiesystems anerkannt. Aufgabe der KWK wird es sein, die volatile Stromerzeugung aus PV- und Windkraftanlagen komplementär zu ergänzen. Die KWK ist in dieser Hinsicht prädestiniert, da sie die eingesetzte Brennstoffenergie nahezu vollständig und damit sehr effizient in elektrischen Strom und Nutzwärme wandelt. Zudem sind KWK-Analgen sehr flexibel, d.h., sie können bei Stromengpässen in sehr kurzer Zeit angefahren werden. Aufgrund ihrer Größe sind KWK-Anlagen darüber hinaus dezentral verteilt, so dass sie ihre unterstützende Wirkung ebenfalls denzentral und damit bedarfsgerecht und ohne große Übertragungswege entfalten können. Ob sich der Einsatz einer KWK-Anlage für einen Industriebetrieb lohnt, kann hier ermittelt werden

Derzeit werden KWK-Anlagen noch überwiegend mit Erdgas betrieben. Gepaart mit der hohen Effizienz ist mit KWK-Anlagen bereits heute eine nenneswerte Reduktion der CO2-Emissionen möglich. Mittelfristig wird ein Umstieg auf biogenes oder synthetisches, über Power-to-Gas erzeugtes Erdgas erfolgen. Alternativ können die Anlagen auch direkt mit Wasserstoff betrieben werden. Auf diese Weise reiht sich die KWK neben der Photovoltaik und der Windkraft in die CO2-neutrale Nutzenergieerzeugung ein, die im Rahmen der Energiewende angestrebt wird.

Während sich die Gesamtbetriebszeit einer KWK-Anlage am Wärmebedarf orientiert, kann die Wirtschaftlichkeit verbessert werden, wenn es gelingt, den erzeugten Strom zu einem hohen Anteil in Unternehmen zu nutzen. Dahinter steht der Gedanke, den aktuellen Anlagenbetrieb nicht am Wärmebedarf, sondern am Strombedarf auszurichten, und dies kann durch den Einsatz von Wärmespeichern gelingen. Konkret ist damit gemeint, dass die Anlage primär über den Strombedarf angesteuert wird. Die parallel erzeugte Wärme wird, sofern sie nicht direkt benötigt wird, in einen Speicher eingebracht und steht damit für eine spätere Nutzung zur Verfügung. Dabei gibt die Kapazität des Wärmespeichers die Grenzen vor, in denen dieser sogenannte stromoptimierte Betrieb möglich ist: Sobald keine Restwärme mehr im Speicher ist, muss die KWK-Anlage in jedem Fall anlaufen, und wenn im gegensätzlichen Fall keine freie Kapazität mehr im Speicher vorhanden ist, muss die Anlage abschalten.

Am Reutlinger Energiezentrum ist ein Algorithmus entwickelt worden, der es erlaubt, KWK-Anlagen im Zusammenspiel mit einem Wärmespeicher stromoptimiert zu betreiben, und die prinzipielle Machbarkeit konnte in Feldtests nachgewiesen werden.

Gerade in Unternehmen mit ausgeprägter elektrischer Leistungsspitze trägt der stromoptimierte Betrieb in besonderer Weise zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen bei. Das Balkendiagramm zeigt Berechnungsergebnisse für ein entsprechendes Industrieunternehmen. Wie zu erkennen, führt der stromoptimierte Betrieb zu einer Verminderung der Amortisationszeit um knapp ein Jahr. Es ist ebenfalls zu sehen, dass ein größerer Puferspeicher die Wirtschaftlichkeit verbessert, wobei sich eine Sättigung einstellt, die zur Auslegung der Speichervolumens herangezogen werden kann.

Während sich die Gesamtbetriebszeit einer KWK-Anlage am Wärmebedarf orientiert, kann die Wirtschaftlichkeit verbessert werden, wenn es gelingt, den erzeugten Strom zu einem hohen Anteil in Unternehmen zu nutzen. Dahinter steht der Gedanke, den aktuellen Anlagenbetrieb nicht am Wärmebedarf, sondern am Strombedarf auszurichten, und dies kann durch den Einsatz von Wärmespeichern gelingen. Konkret ist damit gemeint, dass die Anlage primär über den Strombedarf angesteuert wird. Die parallel erzeugte Wärme wird, sofern sie nicht direkt benötigt wird, in einen Speicher eingebracht und steht damit für eine spätere Nutzung zur Verfügung. Dabei gibt die Kapazität des Wärmespeichers die Grenzen vor, in denen dieser sogenannte stromoptimierte Betrieb möglich ist: Sobald keine Restwärme mehr im Speicher ist, muss die KWK-Anlage in jedem Fall anlaufen, und wenn im gegensätzlichen Fall keine freie Kapazität mehr im Speicher vorhanden ist, muss die Anlage abschalten.

Am Reutlinger Energiezentrum ist ein Algorithmus entwickelt worden, der es erlaubt, KWK-Anlagen im Zusammenspiel mit einem Wärmespeicher stromoptimiert zu betreiben, und die prinzipielle Machbarkeit konnte in Feldtests nachgewiesen werden.

Gerade in Unternehmen mit ausgeprägter elektrischer Leistungsspitze trägt der stromoptimierte Betrieb in besonderer Weise zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen bei. Das Balkendiagramm zeigt Berechnungsergebnisse für ein entsprechendes Industrieunternehmen. Wie zu erkennen, führt der stromoptimierte Betrieb zu einer Verminderung der Amortisationszeit um knapp ein Jahr. Es ist ebenfalls zu sehen, dass ein größerer Puferspeicher die Wirtschaftlichkeit verbessert, wobei sich eine Sättigung einstellt, die zur Auslegung der Speichervolumens herangezogen werden kann.

Der KWK-Rechner soll einen ersten Eindruck von der Wirtschaftlichkeit einer KWK-Anlage in einem Industriebetrieb vermitteln. Dazu wird abhängig von Jahreswärme- und -strombedarf im Unternehmen sowie dem für das Unternehmen anzusetzenden Strompreis die Amortisationszeit n berechnet und in Form einer Ampelentscheidung angezeigt.
Dabei bedeuten:

• Grün: die Anlage macht sich bereits in weniger als zwei Jahren bezahlt
• Gelb: die Anlage lohnt sich für Sie nach zwei bis vier Jahren
• Rot: eine Anlage lohnt erst nach fünf Jahren

Da die Wirtschaftlichkeit von den Gegebenheiten vor Ort abhängt, die bei der Berechnung nicht berücksichtigt werden können, ist das Ergebnis bewusst als Ampelentscheidung und nicht als fester Zahlenwert dargestellt.
Für eine eingehende Betrachtung der Eignung einer KWK-Anlage in Ihrem Unternehmen steht das Reutlinger Energiezentrum (REZ) gerne für Sie bereit.