Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
Die Brennstoffzelle erzeugt Strom und Wärme. (Quelle: IBZ)
Eine Erdgasheizung, die Strom und Wärme produziert, bietet viele Vorteile. Anstatt den Strom von einem Kraftwerk zu beziehen, wird mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Strom und Wärme gleichzeitig in einer kompakten Anlage (dem sogenannten BHKW) nah beim Verbraucher erzeugt. Das ist im Vergleich effizienter, als wenn – wie üblich – die Wärme vor Ort von einem Heizgerät und der Strom zentral von einem Kraftwerk produziert werden.
Hierbei werden unterschiedliche Technologien in den KWK-Anlagen verwendet: z. B. Verbrennungs-Motoren, Gas- und Dampfturbinen, Stirling-Motoren und Brennstoffzellen.
Der jeweilige Energiebedarf bestimmt die notwendigen Leistungsmerkmale der KWK-Anlage. So unterscheidet man KWK-Anlagen grob – eine allgemein akzeptierte Definition der Leistungsbereiche für KWK-Anlagen existiert zurzeit noch nicht – nach deren Einsatzbereich:
Mikro-BHKW | Mini-BHKW | Große BHKW | |
|---|---|---|---|
Einfamilienhaus | bis etwa | ||
Mehrfamilienhaus & Kleingewerbebetrieb | bis etwa | zwischen | |
Größere Wohn- | zwischen | ab etwa | |
Nah- & Fern- | ab etwa |
Quelle: Deutsche Energie Agentur (dena)
Wärme und Strom aus einem Gerät: So funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung.
Eine KWK-Anlage besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor und einem Generator. Das System erzeugt Wärme und Strom. Der Strom wird vorrangig für den Eigenbedarf und die Heizwärme zur Deckung des Gebäudewärmebedarfs genutzt. Nicht selbst genutzter Strom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist und durch den regionalen Energieversorger vergütet. Es lassen sich zwei wesentliche KWK-Technologien unterscheiden:
Funktionsprinzip Otto-Motor
Erfahren Sie in einem kurzen Film, wie Otto-Motor-Heizgeräte aufgebaut sind und funktionieren.
Das System arbeitet mit einem internen Verbrennungsmotor. In diesem wird Erdgas mit angesaugter Luft vermischt und mit Hilfe eines Zündfunkens zur kontrollierten Explosion gebracht. Dabei entstehen Verbrennungsgase, die sich ausdehnen. Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Sie wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Entstehende Abwärme wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.
Funktionsprinzip Stirling
Sehen Sie in einem kurzen Film, wie Stirling-Heizgeräte aufgebaut sind und funktionieren.
Das System arbeitet mit einem externen Verbrennungsmotor. In diesem befindet sich ein mit Arbeitsgas, wie z. B. Helium, gefüllter Zylinder. Er besteht aus drei Komponenten: einem Verdränger- und Arbeitskolben sowie einem Generator. Zunächst wird eine Seite des Zylinders durch einen Gasbrenner erwärmt, während die andere mit Wasser aus dem Heizkreis des Gebäudes gekühlt wird. Anschließend wird das Arbeitsgas über den Verdrängerkolben abwechselnd von der kalten auf die warme Seite transportiert. Dadurch entsteht eine Druckdifferenz, die den Arbeitskolben in Bewegung setzt. Er ist Bestandteil des Generators, welcher die Bewegung in elektrischen Strom umwandelt. Die Abwärme des Brenners wird zur Beheizung des Gebäudes genutzt.
