Doppelt profitieren durch Kraft-Wärme-Kopplung

Brennstoffzellen nehmen bei der Energieversorgung eine Scharnierfunktion ein. Sie sind die Schlüsseltechnologie, um einen Betriebsstoff, egal ob nun Wasserstoff oder Methanol, wieder in elektrischen Strom umzuwandeln. Auf diese Weise wird Energie einerseits transportierbar und andererseits dezentral verfügbar gemacht. Das Ganze funktioniert leistungsstark, effizient und umweltfreundlich. Letzteres vor allem deshalb, da die Brennstoffzellen-Technologie keine Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und auch keinen Feinstaub emittiert. Als Nebenprodukt entsteht sowohl bei Wasserstoff-Brennstoffzellen als auch Direktmethanol-Brennstoffzellen in erster Linie Wärme. Und auch diese lässt sich noch bestens nutzen. Durch Kraft-Wärme-Kopplung. Kraft-Wärme-was? Kraft-Wärme-Kopplung! Oder auch Wärme-Kraft-Kopplung – diese Reihung ist hingegen weit weniger geläufig. Was hat es damit auf sich? Die Antwort darauf gibt dieser Text – und noch viel mehr. Denn Kraft-Wärme-Kopplung hat viele Facetten und ist genauso vielseitig wie die zugehörige Brennstoffzelle. Los geht’s: Kraft-Wärme-Kopplung einfach erklärt.

Bei der Kraft-Wärme-Kopplung handelt es sich um ein Verfahren, bei dem gleichzeitig Strom und Heizwärme durch die sogenannte Verkoppelung produziert werden. Anders also als beim Verbrennungsmotor im Auto geht die Abwärme bei der Kraft-Wärme-Kopplung jedoch nicht verloren. Sie wird in ein angeschlossenes – wie es der Name vorsieht – gekoppeltes Heizsystem eingespeist. Die Vorteile liegen auf der Hand: Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen arbeiten effizienter, da sie sozusagen den doppelten Nutzen aus dem benötigten Brennstoff ziehen. So gesehen wachsen auf dem Weg in eine grünere Zukunft mit einer nachhaltigeren Energieversorgung Strom- und Wärme-Technologien viel stärker zusammen. Kraft-Wärme-Kopplung spielt auch in den Überlegungen vieler Staatsregierungen eine entscheidende Rolle, um Energie noch effizienter und nachhaltiger nutzen zu können. Um die Entwicklung allerdings zum Erfolg zu führen, müssen die bisher eingesetzten, auf fossilen Brennstoffen beruhenden Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen ausgetauscht werden. Doch wie funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung nun genau?

Das Blockheizkraftwerk: Schlüsseltechnologie der Kraft-Wärme-Kopplung

Eins der bekanntesten Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme ist das sogenannte Blockheizkraftwerk (BHKW). Wie erwähnt liefert diese Kraft-Wärme-Kopplungs-Funktion nicht nur dezentral Energie, sondern sorgt auch dafür, dass die Wärme nicht verloren geht. Es besteht aus einem mit Öl- oder Gas betriebenen Verbrennungsmotor, der Strom über einen Generator antreibt. Systeme, die auf eine Brennstoffzelle setzen, werden zudem immer beliebter. Hierbei ersetzt die Brennstoffzelle den fossilen Verbrennungsmotor für eine noch effizientere Form der Strom- und Wärmeerzeugung. Die bei der Verbrennung – bei der Brennstoffzelle handelt es sich um eine kalte Verbrennung – freiwerdende Abwärme wird dabei aufgefangen und über einen Pufferspeicher an das Heizsystem übertragen. So erhöht sich der Wirkungsgrad der mechanischen Stromerzeugung. Konventionelle Stromerzeuger erreichen häufig lediglich Wirkungsgrade von bis zu 40 Prozent. Das bedeutet, dass sie nur in der Lage sind, 40 Prozent der im Betriebsstoff (Öl, Gas) vorhandenen Energie nutzen zu können. Blockheizkraftwerke, also Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, sind hingegen wahre Effizienzwunder. Sie erreichen Wirkungsgrade von 95 Prozent und mehr1. Durch die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung, also die kluge Kraft-Wärme-Kopplung, können sie nahezu die gesamte Energie des Betriebsstoffs nutzen.

Dabei ist zu beachten, dass bei der Kraft-Wärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk die Erzeugung von Strom und Wärme etwa in einem Verhältnis von eins zu drei stehen. Bei einer elektrischen Leistung von einem Kilowatt kann die Heizung im Haus dabei eine thermische Leistung von etwa drei Kilowatt nutzen. Die hohe Effizienz der Kraft-Wärme-Kopplung spart Kosten. Und der Staat fördert sogar den Einbau und die Nutzung eines Blockheizkraftwerks, also einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage. Der erzeugte Strom in den eigenen vier Wänden kann nämlich im Gegensatz zur produzierten Wärme ins öffentliche Netz eingespeist werden. Betreiber von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen kommen so in den Genuss mehrerer Fördermöglichkeiten. Das sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) sah eine zeitlich befristete Zuschlagszahlung vor. Bis zum Ende des Jahres 2020 konnten Privatpersonen Anträge auf Förderung von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen stellen. Dabei richtete sich der Zuschuss nach der elektrischen Leistung des Blockheizkraftwerks. Im Rahmen der Mini-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen-Richtlinie liegt die Grenze förderwürdiger Anlagen allerdings bei 20 Kilowatt elektrisch (kWel). Zwar können Privatpersonen ab dem 01. Januar 2021 keine neuen Anträge auf Kraft-Wärme-Kopplung-Förderung beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle mehr stellen, doch gibt es weitere Möglichkeiten.2

Klare Win-win-Situation dank Einspeisevergütung

Eigenheimbesitzer, die ihre Immobilie energieeffizient sanieren möchten, können zinsgünstige Kredite der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in Anspruch nehmen. Hierzu müssen AntragstellerInnen einige Voraussetzungen erfüllen, um die Brennstoffzelle in der Kraft-Wärme-Kopplung nutzen zu können. Die KfW fördert im Rahmen eines eigenen Programms den Einbau in eine neue oder bestehende Immobilie mit 28.200 Euro je Brennstoffzelle in der Leistungsklasse von 0,25 bis 5,0 kW elektrischer Leistung.3 Der von der Anlage erzeugte Strom kann selbstverbraucht oder ins Netz eingespeist werden. Klingt zunächst merkwürdig, ist für viele Eigenheimbesitzer aber womöglich ein guter Deal.4 Auf Basis des KWKG erhalten Personen, die Strom ins Netz einspeisen 0,254 Cent pro Kilowattstunde (kWh/Stand 12/2020).5 Da sich die Rahmenbedingungen kontinuierlich ändern, wird das KWKG jährlich angepasst. Eins hat jedoch Bestand. Mit der Kraft-Wärme-Kopplungs-Umlage finanziert der Staat eine zentrale Komponente der Energiewende: Der Ersatz von Kohle als Brennstoff zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme durch Gas und Erneuerbare Energien.

Diese Umstellung ist Voraussetzung dafür, um die Kohleverstromung wie geplant bis spätestens 2038 beenden zu können. Zudem setzte sich die Bundesregierung ein weiteres wichtiges Ziel: Bis zum Jahr 2050 sollen klimaschädliche Treibhausgase um 80 bis 95 Prozent reduziert werden. Brennstoffzellen-Systeme für stationäre Anwendungen leisten hierfür bereits einen signifikanten Beitrag und haben Schlüsseltechnologie-Potenzial. Sie produzieren dauerhaft und effizient Strom – ohne klimaschädliche Emissionen. Kommt als Betriebsstoff Wasserstoff oder synthetisches Erdgas zum Einsatz, kann die CO2-Einsparung bis zu 100 % betragen. Das unerschöpfliche Potenzial von Brennstoffzellen hat auch die Bundesregierung erkannt und fördert nicht nur ihren Einsatz in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Gleichzeitig hat sie mit der Nationalen Wasserstoffstrategie bekräftigt, dass H2 und die zugehörige Brennstoffzellen-Technologie in ihrer Funktion als Schlüsseltechnologie das Mittel der Wahl sind, um die Energiewende erfolgreich zu finalisieren. SFC Energy prägt als Brennstoffzellenpionier diese Entwicklung seit Anbeginn und wird weiterhin seinen Beitrag für eine grünere Stromversorgung leisten. Hier finden Sie weitere Produkte und Anwendungsbereiche der EFOY Brennstoffzelle von SFC Energy.

1 Forschungsverband Sonnenenergie: Brennstoffzellen in der Kraft-Wärme-Kopplung eine Energieoption für die Zukunft? (Ludwig Jörissen, Jürgen Garche, Bern Rohland…)

2 https://www.bhkw-infozentrum.de/bhkw-news/43251_Mini-KWK-Anlagen-werden-ab-2021-nicht-mehr-gefoerdert.html

3 Kreditanstalt für Wiederaufbau https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestandsimmobilie/Förderprodukte/Energieeffizient-Bauen-und-Sanieren-Zuschuss-Brennstoffzelle-(433)/

4 Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NOW-GmbH.

5 BDEW, Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft: https://www.bdew.de/presse/presseinformationen/umlage-nach-kwk-gesetz-bleibt-2021-nahezu-konstant/