In dieser Woche stellen wir einen letzten Kraftwerkstyp vor. Es handelt sich hierbei um das sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungs (KWK)-Kraftwerk.

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8. Kraft-Wärme-Kopplung

Ein Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt nicht nur elektrische Energie, sondern daneben auch noch ein zweites Produkt: Wärme. Da Wärme nicht über große Entfernungen transportiert werden kann, setzt die Nutzung von KWK einen Wärmeverbraucher – eine Wärmesenke – in näherer Umgebung voraus. Da viele industrielle Prozesse Wärme benötigen, betreiben viele Industrieunternehmen KWK-Anlagen.

Daneben kann die Wärmeproduktion auch für Heizzwecke genutzt werden. Da die Wärme zentral (im Kraftwerk) erzeugt, aber dezentral (z. B. in Wohnhäusern) verbraucht wird, benötigt man dafür ein Fernwärmenetz. Über das Fernwärmenetz kann die produzierte Wärme zu naheliegenden Gebäuden transportiert werden, in denen sie dann die lokale Wärmeproduktion (z. B. in einem Erdgasheizkessel) ersetzt. Ein Fernwärmenetz ist mit hohen Investitionskosten verbunden.

Ein Heizkraftwerk besteht aus einem modifizierten Dampfkraftprozess. Anstatt den Wasserdampf in der Turbine vollständig zu entspannen, wird ein Teil des noch unter Druck stehenden Dampfes in einen Wärmetauscher geleitet. Hier kann nun die Kondensationswärme, die das Wasser beim Übergang vom gasförmigen zum flüssigen Zustand frei gibt, genutzt werden.

Im Fernwärmenetz selbst wird Wasser transportiert. Die Anlagenleistung zur Stromerzeugung wird durch diesen Aufbau im Vergleich zu einem Kraftwerk verringert, für Strom- und Wärmeerzeugung werden zusammengenommen dafür Wirkungsgrade von fast 90 % erreicht.
Strom- und Wärmerzeugung sind miteinander gekoppelt, so dass nur beide Energiearten zusammen erzeugt werden können. Die Nachfrage nach Wärme ist dabei für die Auslastung des Kraftwerks von Bedeutung. Dementsprechend ist die Auslastung im Sommer geringer als im Winter. Der produzierte Strom muss ins Netz eingespeist und verbraucht werden, da die Wärmeerzeugung nicht unterbrochen werden kann.

Der Strom kann damit nicht zu Grenzkosten verkauft werden. Das Heizkraftwerk wird als sogenanntes Must-Run-Kraftwerk betrieben.

Der Einsatz von KWK im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Strom und Wärme kann zu einer Einsparung an Primärenergie führen. Die genaue Einsparung ist allerdings von vielen technischen und operationellen Details (z. B. auch den Wärmeverlusten im Fernwärmenetz) abhängig.

Zusätzlich zur Primärenergieeinsparung eröffnet KWK die Möglichkeit, hochwertige Energieträger wie Öl und Gas in den Heizkesseln einzelner Haushalte durch die geringerwertige Primärenergie Kohle zu ersetzen.

Mit diesem Beitrag endet unsere Serie zu thermischen Kraftwerken. Ab nächster Woche werden wir uns mit dem Stromerzeugung aus Kernenergie beschäftigen.