Ein Heizkraftwerk basiert auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Mit einer Turbine wird elektrischer Strom erzeugt. Die entstehende Abwärme wird als Fernwärme in das Fernwärmenetz eingespeist.
Es gibt auch kleine Heizkraftwerke sogenannte Blockheizkraftwerke, die auch in privaten Haushalten zur Wärme und Energieerzeugung eingesetzt werden können. Meist werden diese Blockheizkraftwerke mit Gas oder Heizöl betrieben. Diese Blockheizkraftwerke besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad.
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Heizkraftwerk: Strom und Wärme aus einer Hand
Heizkraftwerke liefern einen hocheffizienten Beitrag zur Energiewende und zur CO2-Reduzierung. Weil sie gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen, werden sie auch als Blockheizkraftwerke (BHKW) oder als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet. Primärenergie wie Erdgas, Biogas oder Dieselkraftstoff wird in Strom und Wärme umgewandelt. Der Wirkungsgrad ist hoch, bis zu 40% bei Strom und bis zu 50% bei Wärme. Damit ist die erzeugte Gesamtenergie (Strom + Wärme) wesentlich wirtschaftlicher als bei separater Strom- und Wärmeerzeugung.
Technisches Konzept von Heizkraftwerken
Das am häufigsten angewendete technische Konzept von BHKW, bis zu einer elektrischen Leistung von 5MW, ist folgendes:
- Verbrennungsmotor (Dieselmotor) betrieben mit Erdgas, Biogas oder Dieselöl
- Synchrongenerator mit einer Frequenz von 50Hz. Niederspannungs-BHKW mit einer Spannung von 230V Wechselstrom oder 400V Drehstrom. Mittelspannungs-BHKW mit einer Spannung von 10kV oder über Transformatoren von 20kV und 30kV.
- Frequenz- und Spannungsregelung, sowie Schutz- und Überwachungssysteme
- Wärmerückgewinnung aus dem Abgassystem
- Wärmerückgewinnung aus dem Kühlwassersystem
- Wärmerückgewinnung aus dem Ölkühler
- Wärmetauscher für die gesamte Wärmerückgewinnung
- Einspeisung in Netze der Fernwärme
Für große BHKW gibt es andere technische Konzepte, auf die hier nicht näher eingegangen wird.
Vorteile und Anwendungsbereiche
Neben dem hohen energetischen Wirkungsgrad sind Blockheizkraftwerke ein idealer Partner für Photovoltaikanlagen (PV) und Windenergieanlagen (WEA). Letztere speisen über Umrichter und mit schwankender Leistung ins öffentliche Netz ein und benötigen deshalb ein starkes Netz (hohe Kurzschlussleistung) und eine stabile Frequenz von 50Hz, die der Synchrongenerator eines BHKW liefert. BHKW erfüllen die Ziele der EU 20-20-20 Klimaschutzvereinbarung und werden deshalb gefördert. Danach gelten bis zum Jahr 2020 die folgenden europaweiten Vorgaben:
- 20% weniger Treibhausemissionen als 1990
- 20% Anteil an erneuerbaren Energien
- 20% mehr Energieeffizienz
Der Einsatz von Heizkraftwerken ist dezentral, flexibel und vielfältig:
- in Wohnblocks für Strom, Heizung und Warmwasser
- in Wohngebieten mit Fernwärme
- in Schwimmbädern, damit die Wärme auch im Sommer genutzt wird
- in der Landwirtschaft als Biogasanlage
- in Industriebetrieben für Prozesswärme
Die Kraft-Wärme-Kopplung wird immer dort errichtet, wo die Energie gebraucht wird. Damit entlasten sie auch die elektrischen Verteilungsnetze.