Kraft-Wärme-Kopplung

Diagramm zum Vergleich der Verluste bei konventioneller Stromerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist der Einsatz einer Wärmekraftmaschine oder eines Kraftwerks zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Nutzwärme. ⓘ

Die Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht eine effizientere Nutzung von Brennstoffen oder Wärme, da die sonst bei der Stromerzeugung verschwendete Wärme einer produktiven Verwendung zugeführt wird. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) gewinnen ansonsten verschwendete Wärmeenergie für die Heizung zurück. Dies wird auch als Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet. Kleine KWK-Anlagen sind ein Beispiel für dezentralisierte Energie. Nebenproduktwärme mit moderaten Temperaturen (100-180 °C, 212-356 °F) kann auch in Absorptionskältemaschinen zur Kühlung verwendet werden. ⓘ

Die zugeführte Hochtemperaturwärme treibt zunächst einen mit einer Gas- oder Dampfturbine angetriebenen Generator an. Die dabei entstehende Niedertemperatur-Abwärme wird dann für die Wasser- oder Raumheizung genutzt. Bei kleineren Anlagen (in der Regel unter 1 MW) kann auch ein Gas- oder Dieselmotor eingesetzt werden. Kraft-Wärme-Kopplung ist auch bei geothermischen Kraftwerken üblich, da sie oft relativ schwache Wärme produzieren. Um überhaupt einen akzeptablen thermischen Wirkungsgrad für die Stromerzeugung zu erreichen, können binäre Zyklen erforderlich sein. Die Kraft-Wärme-Kopplung ist in Kernkraftwerken weniger verbreitet, da sie aus NIMBY- und Sicherheitserwägungen oft weiter von den Bevölkerungszentren entfernt sind als vergleichbare chemische Kraftwerke und die Fernwärme in Gebieten mit geringerer Bevölkerungsdichte aufgrund von Übertragungsverlusten weniger effizient ist. ⓘ

Die Kraft-Wärme-Kopplung wurde in einigen der frühesten Anlagen der Stromerzeugung praktiziert. Bevor Zentralstationen den Strom verteilten, nutzten Industrien, die ihren eigenen Strom erzeugten, Abgasdampf für die Prozesswärme. Große Büro- und Wohngebäude, Hotels und Geschäfte erzeugten in der Regel ihren eigenen Strom und nutzten den Abgasdampf für die Gebäudeheizung. Aufgrund der hohen Kosten des früher eingekauften Stroms wurden diese KWK-Anlagen noch viele Jahre weiterbetrieben, nachdem Strom aus dem Netz verfügbar wurde. ⓘ

Das Heizkraftwerk Berlin-Mitte wird zur Stromproduktion und zur Fernwärmeversorgung des Regierungsviertels eingesetzt. ⓘ

Vorteil der KWK ist der verringerte Brennstoffbedarf für die gleichzeitige Strom- und Wärmebereitstellung, wodurch die Emissionen von Kohlenstoffdioxid und anderen Schadstoffen stark reduziert werden. Die Förderung durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) soll den Ausbau beschleunigen. Da mit fossilen Brennstoffen befeuerte KWK-Anlagen weiterhin Kohlenstoffdioxid ausstoßen, kann ein umfassender Klimaschutz langfristig nur gewährleistet werden, wenn sie mit erneuerbaren Energien gespeist werden, wie z. B. Biomasse und synthetischem Erdgas aus erneuerbarem Überschussstrom. Biomassebefeuerte KWK ist in Skandinavien eine tragende Säule der Wärmewende. ⓘ

Überblick

KWK-Kraftwerk Masnedø in Dänemark. In diesem Kraftwerk wird Stroh als Brennstoff verbrannt. Die angrenzenden Gewächshäuser werden mit Fernwärme aus dem Kraftwerk beheizt. ⓘ

Viele verarbeitende Industrien wie Chemieanlagen, Ölraffinerien sowie Zellstoff- und Papierfabriken benötigen große Mengen an Prozesswärme für chemische Reaktoren, Destillationskolonnen, Dampftrockner und andere Anwendungen. Diese Wärme, die in der Regel in Form von Dampf genutzt wird, kann mit dem für Heizzwecke üblichen niedrigen Druck erzeugt werden oder mit einem viel höheren Druck, der zunächst durch eine Turbine geleitet wird, um Strom zu erzeugen. In der Turbine werden der Dampfdruck und die Temperatur gesenkt, da die innere Energie des Dampfes in Arbeit umgewandelt wird. Der aus der Turbine austretende Dampf mit niedrigerem Druck kann dann zur Erzeugung von Prozesswärme verwendet werden. ⓘ

Dampfturbinen in Wärmekraftwerken sind in der Regel für die Zufuhr von Hochdruckdampf ausgelegt, der die Turbine an einem Kondensator verlässt, der einige Grad über der Umgebungstemperatur und mit einigen Millimetern Quecksilberdruck absolut arbeitet. (Dies wird als Kondensationsturbine bezeichnet.) Für alle praktischen Zwecke hat dieser Dampf vor der Kondensation nur eine vernachlässigbare Nutzenergie. Dampfturbinen für die Kraft-Wärme-Kopplung sind so konzipiert, dass ein Teil des Dampfes bei niedrigerem Druck entnommen wird, nachdem er eine Reihe von Turbinenstufen durchlaufen hat, wobei der nicht entnommene Dampf durch die Turbine zu einem Kondensator geleitet wird. In diesem Fall verursacht der entnommene Dampf einen mechanischen Leistungsverlust in den nachgeschalteten Stufen der Turbine. Oder sie sind, mit oder ohne Entnahme, für die endgültige Entnahme bei Gegendruck (nicht kondensierend) ausgelegt. Der entnommene Dampf oder Abdampf wird für die Prozesswärme verwendet. Dampf unter normalen Prozesswärmebedingungen hat immer noch eine beträchtliche Enthalpie, die für die Stromerzeugung genutzt werden könnte, so dass die Kraft-Wärme-Kopplung Opportunitätskosten verursacht. ⓘ

Eine typische Stromerzeugungsturbine in einer Papierfabrik kann einen Entnahmedruck von 1,103 MPa (160 psig) und 0,41 MPa (60 psig) aufweisen. Ein typischer Gegendruck kann 0,41 MPa (60 psig) betragen. In der Praxis werden diese Drücke für jede Anlage individuell ausgelegt. Umgekehrt hat die einfache Erzeugung von Prozessdampf für industrielle Zwecke anstelle eines ausreichend hohen Drucks zur Stromerzeugung am oberen Ende ebenfalls Opportunitätskosten (siehe: Dampfversorgungs- und Abgasbedingungen). Die Kapital- und Betriebskosten von Hochdruckkesseln, Turbinen und Generatoren sind erheblich. Diese Anlagen werden in der Regel kontinuierlich betrieben, was die Eigenstromerzeugung auf Großbetriebe beschränkt. ⓘ

Ein Heizkraftwerk in Metz, Frankreich. Der 45-MW-Kessel nutzt Biomasse aus Holzabfällen als Energiequelle und liefert Strom und Wärme für 30 000 Wohnungen. ⓘ

Ein kombinierter Zyklus (bei dem mehrere thermodynamische Zyklen Strom erzeugen) kann auch zur Wärmegewinnung eingesetzt werden, indem ein Heizsystem als Kondensator des unteren Zyklus des Kraftwerks verwendet wird. Der RU-25 MHD-Generator in Moskau beispielsweise beheizte einen Kessel für ein konventionelles Dampfkraftwerk, dessen Kondensat dann zur Raumheizung verwendet wurde. Ein moderneres System könnte eine erdgasbetriebene Gasturbine verwenden, deren Abgase ein Dampfkraftwerk antreiben, dessen Kondensat Wärme liefert. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die auf einem Kombikraftwerk basieren, können thermische Wirkungsgrade von über 80 % erreichen. ⓘ

Die Rentabilität der Kraft-Wärme-Kopplung (manchmal auch als Nutzungsgrad bezeichnet), insbesondere bei kleineren KWK-Anlagen, hängt von einer guten Grundlast ab, und zwar sowohl in Bezug auf den Strombedarf am Standort (oder in der Nähe des Standorts) als auch auf den Wärmebedarf. In der Praxis gibt es selten eine exakte Übereinstimmung zwischen dem Wärme- und dem Strombedarf. Eine KWK-Anlage kann entweder den Wärmebedarf decken (wärmegeführter Betrieb) oder als Kraftwerk mit einer gewissen Nutzung der Abwärme betrieben werden, wobei letzteres im Hinblick auf den Nutzungsgrad und damit den Gesamtwirkungsgrad weniger vorteilhaft ist. Die Rentabilität kann erheblich gesteigert werden, wenn die Möglichkeit der Kraft-Wärme-Kopplung besteht. In solchen Fällen wird die Wärme aus der KWK-Anlage auch als Primärenergiequelle für die Bereitstellung von Kälte durch eine Absorptionskältemaschine genutzt. ⓘ

Die KWK ist am effizientesten, wenn die Wärme vor Ort oder in unmittelbarer Nähe genutzt werden kann. Die Gesamteffizienz sinkt, wenn die Wärme über größere Entfernungen transportiert werden muss. Dazu sind stark isolierte Rohre erforderlich, die teuer und ineffizient sind, während Strom über ein vergleichsweise einfaches Kabel und über viel größere Entfernungen bei gleichem Energieverlust übertragen werden kann. ⓘ

Ein Automotor wird im Winter zu einer KWK-Anlage, wenn die Abwärme zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt wird. Das Beispiel veranschaulicht, dass der Einsatz der KWK von der Wärmenutzung in der Umgebung der Wärmekraftmaschine abhängt. ⓘ

Anlagen zur thermischen Ölgewinnung (TEOR) produzieren oft eine beträchtliche Menge an überschüssigem Strom. Nach der Stromerzeugung pumpen diese Anlagen den Restdampf in Schwerölbohrlöcher, damit das Öl leichter fließt und die Produktion gesteigert wird. ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen finden sich häufig in Fernwärmesystemen von Städten, in Zentralheizungssystemen größerer Gebäude (z. B. Krankenhäuser, Hotels, Gefängnisse) und werden in der Industrie häufig in thermischen Produktionsprozessen für Prozesswasser, Kühlung, Dampferzeugung oder CO₂-Düngung eingesetzt. ⓘ

Trigeneration oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWK) bezeichnet die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme bzw. -kühlung durch die Verbrennung eines Brennstoffs oder eines Solarwärmekollektors. Die Begriffe Kraft-Wärme-Kopplung und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWK) und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWK) können auch für Energiesysteme verwendet werden, die gleichzeitig Strom, Wärme und Industriechemikalien (z. B. Synthesegas) erzeugen. Die Kraft-Wärme-Kopplung unterscheidet sich von der Kraft-Wärme-Kopplung dadurch, dass die Abwärme sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet wird, in der Regel in einer Absorptionskältemaschine. Kombinierte Kühl-, Wärme- und Stromsysteme können einen höheren Gesamtwirkungsgrad erreichen als Kraft-Wärme-Kopplung oder herkömmliche Kraftwerke. In den Vereinigten Staaten wird die Anwendung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung in Gebäuden als Gebäudekühlung, -heizung und -strom bezeichnet. Heiz- und Kühlleistung können je nach Bedarf und Systemaufbau gleichzeitig oder abwechselnd betrieben werden. ⓘ

Arten von Kraftwerken

Hanasaari Power Plant, ein kohlebefeuertes Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung in Helsinki, Finnland ⓘ

Topping-Cycle-Anlagen erzeugen Strom in erster Linie mit Hilfe einer Dampfturbine. Teilweise entspannter Dampf wird dann in einem Heizkondensator auf ein Temperaturniveau kondensiert, das z. B. für Fernwärme oder Wasserentsalzung geeignet ist. ⓘ

Grundlastkraftwerke erzeugen Hochtemperaturwärme für industrielle Prozesse und speisen dann über einen Abhitzekessel eine elektrische Anlage. Grundlastkraftwerke werden nur in industriellen Prozessen eingesetzt, die sehr hohe Temperaturen erfordern, wie z. B. Öfen für die Glas- und Metallherstellung, und sind daher weniger verbreitet. ⓘ

Große KWK-Anlagen liefern Heizwasser und Strom für einen Industriestandort oder eine ganze Stadt. Gängige KWK-Anlagentypen sind:

• Gasturbinen-KWK-Anlagen, die die Abwärme des Abgases von Gasturbinen nutzen. Der verwendete Brennstoff ist in der Regel Erdgas.
• Gasmotor-KWK-Anlagen verwenden einen Gas-Kolbenmotor, der im Allgemeinen bis zu einer Leistung von etwa 5 MW wettbewerbsfähiger ist als eine Gasturbine. Als gasförmiger Brennstoff wird in der Regel Erdgas verwendet. Diese Anlagen werden in der Regel als vollständig verpackte Einheiten hergestellt, die in einem Werksraum oder auf einem externen Werksgelände mit einfachen Anschlüssen an die Gasversorgung, das Stromverteilungsnetz und die Heizsysteme des Standorts installiert werden können. Typische Leistungen und Wirkungsgrade siehe Typisches großes Beispiel siehe
• KWK-Anlagen mit Biobrennstoffmotor verwenden einen angepassten Gas- oder Dieselmotor, je nachdem, welcher Biobrennstoff verwendet wird, und sind ansonsten sehr ähnlich aufgebaut wie eine KWK-Anlage mit Gasmotor. Der Vorteil der Verwendung eines Biobrennstoffs liegt im geringeren Verbrauch fossiler Brennstoffe und damit in der Verringerung der Kohlenstoffemissionen. Diese Anlagen werden in der Regel als komplett verpackte Einheiten hergestellt, die in einem Werksraum oder auf einem externen Werksgelände mit einfachen Anschlüssen an die Stromverteilungs- und Heizsysteme des Standorts installiert werden können. Eine weitere Variante ist die Holzvergaser-KWK-Anlage, bei der ein Biobrennstoff in Form von Holzpellets oder Holzschnitzeln in einer sauerstofffreien Hochtemperaturumgebung vergast wird; das dabei entstehende Gas wird dann zum Antrieb des Gasmotors verwendet.
• Für die Kraft-Wärme-Kopplung angepasste Kombikraftwerke
• Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen und Festoxid-Brennstoffzellen haben ein heißes Abgas, das sich sehr gut zum Heizen eignet.
• Dampfturbinen-KWK-Anlagen, die das Heizsystem als Dampfkondensator für die Dampfturbine nutzen
• Kernkraftwerke können, ähnlich wie andere Dampfturbinenkraftwerke, mit Entnahmestellen in den Turbinen ausgestattet werden, um teilweise entspannten Dampf an ein Heizsystem abzugeben. Bei einer Heizsystemtemperatur von 95 °C können für jedes verlorene MW Strom etwa 10 MW Wärme gewonnen werden. Bei einer Temperatur von 130 °C ist der Gewinn etwas geringer, etwa 7 MW für jedes verlorene MWe. Ein tschechisches Forschungsteam hat ein "Teplator"-System vorgeschlagen, bei dem die Wärme aus abgebrannten Brennstäben für die Beheizung von Wohnhäusern zurückgewonnen wird. ⓘ

Kleinere Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen können einen Hubkolbenmotor oder einen Stirlingmotor verwenden. Die Wärme wird aus dem Abgas und dem Kühler abgeleitet. Diese Systeme sind in kleinen Größen sehr beliebt, da kleine Gas- und Dieselmotoren preiswerter sind als kleine gas- oder ölbefeuerte Dampfelektrizitätswerke. ⓘ

Einige KWK-Anlagen werden mit Biomasse oder mit festen Industrie- und Siedlungsabfällen befeuert (siehe Verbrennung). Einige KWK-Anlagen verwenden Abgas als Brennstoff für die Strom- und Wärmeerzeugung. Bei Abgasen kann es sich um Gas aus tierischen Abfällen, Deponiegas, Gas aus Kohlebergwerken, Klärgas und brennbares Industrieabgas handeln. ⓘ

Einige Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen kombinieren die Erzeugung von Gas und Photovoltaik, um die technische und ökologische Leistung weiter zu verbessern. Solche Hybridsysteme können auf Gebäudeebene und sogar auf einzelne Häuser heruntergebrochen werden. ⓘ

Mikro-KWK

Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung oder "Mikro-KWK" ist eine so genannte dezentrale Energiequelle (DER). Die Anlage ist in der Regel kleiner als 5 kWe in einem Haus oder einem kleinen Unternehmen. Anstatt Brennstoff zu verbrennen, um lediglich Raum oder Wasser zu heizen, wird ein Teil der Energie zusätzlich zur Wärme in Strom umgewandelt. Diese Elektrizität kann im Haus oder im Unternehmen genutzt oder, wenn das Netzmanagement dies zulässt, wieder in das Stromnetz eingespeist werden. ⓘ

Die Berater von Delta-ee gaben 2013 an, dass die Brennstoffzellen-Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung 2012 mit 64 % des weltweiten Absatzes die konventionellen Systeme beim Absatz überholt hat. In Japan wurden 2012 insgesamt 20.000 Einheiten im Rahmen des Ene-Farm-Projekts verkauft. Mit einer Lebensdauer von rund 60.000 Stunden. Für PEM-Brennstoffzelleneinheiten, die sich nachts abschalten, entspricht dies einer geschätzten Lebensdauer von zehn bis fünfzehn Jahren. Zu einem Preis von 22.600 $ vor der Installation. Für das Jahr 2013 gibt es eine staatliche Subvention für 50.000 Einheiten. ⓘ

Bei Mikro-KWK-Anlagen kommen fünf verschiedene Technologien zum Einsatz: Mikrogasturbinen, Verbrennungsmotoren, Stirlingmotoren, Dampfmaschinen mit geschlossenem Kreislauf und Brennstoffzellen. Ein Autor wies 2008 darauf hin, dass Mikro-KWK auf der Grundlage von Stirlingmotoren die kosteneffizienteste der so genannten Mikro-KWK-Technologien zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen ist. In einem britischen Bericht von Ecuity Consulting aus dem Jahr 2013 heißt es, dass die Mikro-KWK die kostengünstigste Methode zur Nutzung von Gas für die Energieerzeugung in Privathaushalten ist. Die Fortschritte in der Kolbenmotortechnologie erhöhen jedoch die Effizienz von KWK-Anlagen, insbesondere im Bereich Biogas. Da sowohl die Mini-KWK als auch die KWK nachweislich die Emissionen verringern, könnten sie eine wichtige Rolle bei der Verringerung der CO₂-Emissionen von Gebäuden spielen, wo mehr als 14 % der Emissionen durch KWK in Gebäuden eingespart werden können. Die Universität Cambridge hat 2017 einen kosteneffizienten Dampfmotor-Mikro-KWK-Prototyp vorgestellt, der das Potenzial hat, in den nächsten Jahrzehnten kommerziell wettbewerbsfähig zu sein. Seit kurzem finden sich in einigen Privathäusern Brennstoffzellen-Mikro-KWK-Anlagen, die mit Wasserstoff oder anderen Brennstoffen wie Erdgas oder Flüssiggas betrieben werden können. Beim Betrieb mit Erdgas wird das Erdgas vor der Verwendung in der Brennstoffzelle durch Dampfreformierung in Wasserstoff umgewandelt. Dabei wird zwar immer noch CO₂ freigesetzt (siehe Reaktion), doch kann der (vorübergehende) Betrieb mit diesem Brennstoff eine gute Lösung sein, bis der Wasserstoff über das (Erdgas-)Rohrleitungssystem verteilt wird. ⓘ

Trigeneration

Kreislauf der Kraft-Wärme-Kopplung ⓘ

Eine Anlage, die Strom, Wärme und Kälte erzeugt, wird als Trigenerations- oder Polygenerationsanlage bezeichnet. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die mit Absorptionskältemaschinen oder Adsorptionskältemaschinen verbunden sind, nutzen die Abwärme zur Kälteerzeugung. ⓘ

Fernwärme mit Kraft-Wärme-Kopplung

In den Vereinigten Staaten verteilt Consolidated Edison jedes Jahr 66 Milliarden Kilogramm Dampf mit einer Temperatur von 180 °C (350 °F) über seine sieben Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an 100 000 Gebäude in Manhattan, dem größten Dampfgebiet der Vereinigten Staaten. Die Spitzenlieferung beträgt 10 Millionen Pfund pro Stunde (oder etwa 2,5 GW). ⓘ

Industrielle KWK

Die Kraft-Wärme-Kopplung ist in Zellstoff- und Papierfabriken, Raffinerien und Chemiewerken nach wie vor weit verbreitet. Bei dieser "industriellen Kraft-Wärme-Kopplung/KWK" wird die Wärme in der Regel bei höheren Temperaturen (über 100 °C) zurückgewonnen und für Prozessdampf oder Trocknungsaufgaben verwendet. Dies ist wertvoller und flexibler als minderwertige Abwärme, aber es gibt einen leichten Verlust bei der Stromerzeugung. Der zunehmende Fokus auf Nachhaltigkeit hat die industrielle KWK attraktiver gemacht, da sie den Kohlenstoff-Fußabdruck im Vergleich zur Dampferzeugung oder Brennstoffverbrennung vor Ort und dem Import von Strom aus dem Netz erheblich reduziert. ⓘ

Kleinere industrielle Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen haben eine Leistungskapazität von 5 MW bis 25 MW und stellen eine praktikable netzunabhängige Option für eine Vielzahl von abgelegenen Anwendungen zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen dar. ⓘ

Druck des Versorgungsunternehmens versus selbst erzeugte industrielle Energie

Industrielle Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen arbeiten normalerweise mit einem viel niedrigeren Kesseldruck als Versorgungsunternehmen. Die Gründe dafür sind unter anderem: 1) KWK-Anlagen sind mit einer möglichen Verunreinigung des zurückfließenden Kondensats konfrontiert. Da das Kesselspeisewasser von KWK-Anlagen eine viel geringere Rücklaufrate hat als das von Kraftwerken mit 100%iger Kondensation, muss die Industrie in der Regel proportional mehr Kesselspeisewasser aufbereiten. Kesselspeisewasser muss vollständig sauerstofffrei und entmineralisiert sein, und je höher der Druck, desto wichtiger ist der Reinheitsgrad des Speisewassers. 2) Energieversorgungsunternehmen sind in der Regel größer als die Industrie, was dazu beiträgt, die höheren Investitionskosten für Hochdruck auszugleichen. 3) Versorgungsunternehmen sind weniger anfällig für starke Lastschwankungen als Industriebetriebe, die mit dem Abschalten oder Anfahren von Anlagen konfrontiert sind, die einen erheblichen Prozentsatz des Dampf- oder Strombedarfs ausmachen können. ⓘ

Dampferzeuger mit Wärmerückgewinnung

Ein Abhitzedampferzeuger (HRSG) ist ein Dampfkessel, der die heißen Abgase der Gasturbinen oder Kolbenmotoren in einer KWK-Anlage nutzt, um Wasser zu erhitzen und Dampf zu erzeugen. Der Dampf wiederum treibt eine Dampfturbine an oder wird in industriellen Prozessen verwendet, die Wärme benötigen. ⓘ

Abhitzekessel, die in der KWK-Industrie eingesetzt werden, unterscheiden sich von herkömmlichen Dampferzeugern durch die folgenden Hauptmerkmale:

• Der Abhitzekessel wird auf der Grundlage der spezifischen Merkmale der Gasturbine oder des Hubkolbenmotors ausgelegt, an die er gekoppelt wird.
• Da die Abgastemperatur relativ niedrig ist, erfolgt die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Konvektion.
• Die Abgasgeschwindigkeit wird durch die Notwendigkeit begrenzt, die Druckverluste gering zu halten. Daher ist der Übertragungskoeffizient niedrig, was eine große Heizfläche erforderlich macht.
• Da der Temperaturunterschied zwischen den heißen Gasen und der zu erhitzenden Flüssigkeit (Dampf oder Wasser) gering ist und der Wärmeübergangskoeffizient ebenfalls niedrig ist, werden der Verdampfer und der Economizer mit Plattenwärmetauschern ausgeführt. ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse

Unter Biomasse versteht man alle pflanzlichen oder tierischen Stoffe, die als Wärme- oder Stromquelle wiederverwendet werden können, wie z. B. Zuckerrohr, Pflanzenöl, Holz, organische Abfälle und Rückstände aus der Lebensmittel- oder Agrarindustrie. Brasilien gilt heute als weltweite Referenz bei der Energieerzeugung aus Biomasse. ⓘ

Ein wachsender Sektor bei der Nutzung von Biomasse für die Stromerzeugung ist der Zucker- und Alkoholsektor, der hauptsächlich Zuckerrohrbagasse als Brennstoff für die thermische und elektrische Stromerzeugung verwendet ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplung in der Zucker- und Alkoholindustrie

In der Zuckerrohrindustrie wird die Kraft-Wärme-Kopplung mit den Bagasserückständen aus der Zuckerraffination betrieben, die zur Erzeugung von Dampf verbrannt werden. Ein Teil des Dampfes kann durch eine Turbine geleitet werden, die einen Generator antreibt und so elektrischen Strom erzeugt. ⓘ

Die Kraft-Wärme-Kopplung in der brasilianischen Zuckerrohrindustrie ist eine Praxis, die in den letzten Jahren zunimmt. Mit der Einführung der Kraft-Wärme-Kopplung im Zucker- und Alkoholsektor kann die Zuckerrohrindustrie den für den Betrieb erforderlichen Strombedarf decken und einen Überschuss erzeugen, der vermarktet werden kann. ⓘ

Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung mit Zuckerrohrbagasse

Im Vergleich zur Stromerzeugung mittels thermoelektrischer Anlagen auf der Basis fossiler Brennstoffe, wie z. B. Erdgas, hat die Energieerzeugung mit Zuckerrohrbagasse aufgrund der Reduzierung der CO₂-Emissionen ökologische Vorteile. ⓘ

Neben den Umweltvorteilen bietet die Kraft-Wärme-Kopplung mit Zuckerrohr-Bagasse im Vergleich zur thermoelektrischen Stromerzeugung auch Vorteile in Bezug auf den Wirkungsgrad, und zwar durch die Endbestimmung der erzeugten Energie. Während bei der thermoelektrischen Erzeugung ein Teil der erzeugten Wärme verloren geht, kann diese Wärme bei der Kraft-Wärme-Kopplung in den Produktionsprozessen genutzt werden, was die Gesamteffizienz des Prozesses erhöht. ⓘ

Nachteile der Kraft-Wärme-Kopplung mit Zuckerrohrbagasse

Beim Zuckerrohranbau werden in der Regel Kaliumquellen verwendet, die eine hohe Chlorkonzentration aufweisen, wie z. B. Kaliumchlorid (KCl). Da KCl in großen Mengen eingesetzt wird, absorbiert das Zuckerrohr hohe Chlorkonzentrationen. ⓘ

Aufgrund dieser Absorption werden bei der Verbrennung der Zuckerrohrbagasse in der Kraft-Wärme-Kopplung Dioxine und Methylchlorid freigesetzt. Dioxine gelten als sehr giftig und krebserregend. ⓘ

Wenn Methylchlorid emittiert wird und in die Stratosphäre gelangt, ist es sehr schädlich für die Ozonschicht, da Chlor in Verbindung mit dem Ozonmolekül eine katalytische Reaktion auslöst, die zum Abbau der Ozonverbindungen führt. ⓘ

Nach jeder Reaktion beginnt das Chlor einen zerstörerischen Zyklus mit einem anderen Ozonmolekül. Auf diese Weise kann ein einziges Chloratom Tausende von Ozonmolekülen zerstören. Da diese Moleküle zerstört werden, können sie die ultravioletten Strahlen nicht mehr absorbieren. Infolgedessen ist die UV-Strahlung auf der Erde intensiver und die globale Erwärmung nimmt zu. ⓘ

Vergleich mit einer Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe kann wie folgt mit einer KWK-Anlage verglichen werden. Wenn zur Bereitstellung von Wärmeenergie der Abdampf aus dem Turbogenerator bei einer höheren Temperatur entnommen werden muss, als das System den meisten Strom erzeugen würde, ist der Verlust an elektrischer Erzeugung so groß, als würde eine Wärmepumpe verwendet, um die gleiche Wärme zu erzeugen, indem elektrische Energie aus dem Generator entnommen wird, der mit niedrigerer Ausgangstemperatur und höherem Wirkungsgrad läuft. In der Regel werden für jede verlorene Einheit elektrischer Energie etwa 6 Einheiten Wärme bei etwa 90 °C (194 °F) zur Verfügung gestellt. Somit hat die KWK im Vergleich zu einer Wärmepumpe eine effektive Leistungszahl (COP) von 6. Bei einer ferngesteuerten Wärmepumpe müssen jedoch Verluste im Stromverteilungsnetz in der Größenordnung von 6 % berücksichtigt werden. Da die Verluste proportional zum Quadrat des Stroms sind, sind die Verluste in Spitzenzeiten viel höher als dieser Wert, und es ist wahrscheinlich, dass eine weit verbreitete (d. h. stadtweite Anwendung von Wärmepumpen) zu einer Überlastung der Verteilungs- und Übertragungsnetze führen würde, wenn diese nicht erheblich verstärkt würden. ⓘ

Es ist auch möglich, einen wärmegetriebenen Betrieb in Kombination mit einer Wärmepumpe zu betreiben, bei dem der überschüssige Strom (da der Wärmebedarf der bestimmende Faktor für se ist) für den Antrieb einer Wärmepumpe verwendet wird. Wenn der Wärmebedarf steigt, wird mehr Strom erzeugt, um die Wärmepumpe anzutreiben, wobei die Abwärme auch die Heizflüssigkeit erwärmt. ⓘ

Da der Wirkungsgrad von Wärmepumpen von der Temperaturdifferenz zwischen heißer und kalter Seite abhängt (der Wirkungsgrad steigt mit abnehmender Temperaturdifferenz), kann es sich lohnen, auch relativ minderwertige Abwärme, die ansonsten für die Beheizung von Häusern ungeeignet wäre, mit Wärmepumpen zu kombinieren. So kann beispielsweise ein ausreichend großer Kühlwasserspeicher mit einer Temperatur von 15 °C die Effizienz von Wärmepumpen, die aus einem solchen Speicher gespeist werden, im Vergleich zu Luftwärmepumpen, die in einer Nacht mit -20 °C aus kalter Luft gespeist werden, erheblich verbessern. Im Sommer, wenn sowohl Klimaanlagen als auch Warmwasser benötigt werden, kann dasselbe Wasser sogar sowohl als "Mülldeponie" für die von den Klimaanlagen abgeleitete Abwärme als auch als "Quelle" für Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung dienen. Diese Überlegungen liegen dem zugrunde, was manchmal als "kalte Fernwärme" bezeichnet wird, bei der eine "Wärmequelle" verwendet wird, deren Temperatur weit unter der für die Fernwärme üblichen liegt. ⓘ

Verteilte Erzeugung

Die meisten Industrieländer erzeugen den Großteil ihres Strombedarfs in großen zentralen Anlagen mit hoher Stromerzeugungskapazität. Diese Anlagen profitieren von Größenvorteilen, müssen aber unter Umständen Strom über weite Strecken übertragen, was zu Übertragungsverlusten führt. Die Erzeugung in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWK) unterliegt den Beschränkungen der lokalen Nachfrage und muss daher manchmal reduziert werden (z. B. die Wärme- oder Kälteerzeugung, um die Nachfrage zu decken). Ein Beispiel für Kraft-Wärme-Kopplung mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung in einer Großstadt ist das Dampfsystem der Stadt New York. ⓘ

Thermischer Wirkungsgrad

Jede Wärmekraftmaschine unterliegt den theoretischen Wirkungsgradgrenzen des Carnot-Zyklus oder des Rankine-Zyklus bei Dampfturbinenkraftwerken bzw. des Brayton-Zyklus bei Gasturbinen- und Dampfturbinenanlagen. Der größte Teil des Wirkungsgradverlustes bei der Dampferzeugung ist auf die latente Verdampfungswärme des Dampfes zurückzuführen, die nicht zurückgewonnen wird, wenn eine Turbine ihren Dampf mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck an einen Kondensator abgibt. (Typischerweise wird der Dampf mit einem absoluten Druck von einigen Millimetern und einer Temperatur von etwa 5 °C/11 °F über der Kühlwassertemperatur in den Kondensator geleitet, je nach Kapazität des Kondensators). Bei der Kraft-Wärme-Kopplung verlässt dieser Dampf die Turbine mit einer höheren Temperatur, wo er für Prozesswärme, Gebäudeheizung oder Kühlung mit einer Absorptionskältemaschine verwendet werden kann. Der größte Teil dieser Wärme stammt aus der latenten Verdampfungswärme, wenn der Dampf kondensiert. ⓘ

Der thermische Wirkungsgrad in einem KWK-System ist definiert als:

$$\eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}\equiv {\frac {\text{Electrical power output + Heat output}}{\text{Total heat input}}}$$

ⓘ

Wobei:

• $\eta _{th}$ = Thermischer Wirkungsgrad
• $W_{out}$ = Gesamtarbeitsleistung aller Systeme
• $Q_{in}$ = Gesamte Wärmezufuhr in das System ⓘ

Mit Hilfe einer Absorptionskältemaschine kann die Wärmeabgabe auch zur Kühlung genutzt werden (z. B. im Sommer). Wenn gleichzeitig gekühlt wird, ist der thermische Wirkungsgrad in einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem definiert als:

$$\eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}\equiv {\frac {\text{Electrical power output + Heat output + Cooling output}}{\text{Total heat input}}}$$

ⓘ

Wobei:

• $\eta _{th}$ = Thermischer Wirkungsgrad
• $W_{out}$ = Gesamtarbeitsleistung aller Systeme
• $Q_{in}$ = Gesamte Wärmezufuhr in das System ⓘ

Typische Kraft-Wärme-Kopplungsmodelle weisen wie jedes andere System Verluste auf. Die folgende Energieverteilung wird als Prozentsatz der gesamten zugeführten Energie dargestellt:

• Elektrizität = 45%
• Wärme + Kühlung = 40%
• Wärmeverluste = 13 %.
• Elektrische Leitungsverluste = 2% ⓘ

Konventionelle zentrale Kohle- oder Kernkraftwerke wandeln etwa 33-45 % ihrer zugeführten Wärme in Strom um. Brayton-Kraftwerke arbeiten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 60 %. Bei konventionellen Kraftwerken gehen etwa 10-15 % dieser Wärme über den Schornstein des Kessels verloren. Der größte Teil der verbleibenden Wärme wird von den Turbinen als minderwertige Abwärme ohne nennenswerte lokale Verwendungszwecke abgeleitet, so dass sie in der Regel an die Umwelt abgegeben wird, in der Regel an Kühlwasser, das durch einen Kondensator fließt. Da die Turbinenabgase in der Regel nur knapp über der Umgebungstemperatur liegen, wird ein Teil der potenziellen Stromerzeugung durch die Ableitung von Dampf mit höherer Temperatur aus der Turbine für KWK-Zwecke geopfert. ⓘ

Damit die Kraft-Wärme-Kopplung praktikabel ist, müssen Stromerzeugung und Endnutzung der Wärme relativ nahe beieinander liegen (in der Regel <2 km). Auch wenn der Wirkungsgrad eines kleinen dezentralen Stromerzeugers niedriger sein mag als der eines großen zentralen Kraftwerks, kann die Nutzung seiner Abwärme für die lokale Heizung und Kühlung zu einer Gesamtnutzung des Primärbrennstoffs von bis zu 80 % führen. Dies bringt erhebliche finanzielle und ökologische Vorteile mit sich. ⓘ

Kosten

Die Kosten für ein gasbefeuertes Kraftwerk belaufen sich in der Regel auf etwa 400 £/kW (577 US$), was mit denen großer zentraler Kraftwerke vergleichbar ist. ⓘ

Geschichte

Kraft-Wärme-Kopplung in Europa

KWK-Wärmekraftwerk in Ferrera Erbognone (PV), Italien ⓘ

Die EU hat die Kraft-Wärme-Kopplung über die KWK-Richtlinie aktiv in ihre Energiepolitik einbezogen. Im September 2008 wurde der für Energie zuständige Kommissar Andris Piebalgs bei einer Anhörung der interfraktionellen Arbeitsgruppe des Europäischen Parlaments mit den Worten zitiert: "Versorgungssicherheit beginnt wirklich mit Energieeffizienz." Energieeffizienz und Kraft-Wärme-Kopplung werden in den ersten Absätzen der KWK-Richtlinie 2004/08/EG der Europäischen Union anerkannt. Diese Richtlinie zielt darauf ab, die Kraft-Wärme-Kopplung zu fördern und eine Methode zur Berechnung der KWK-Kapazitäten in den einzelnen Ländern festzulegen. Die Entwicklung der Kraft-Wärme-Kopplung verlief im Laufe der Jahre sehr uneinheitlich und war in den letzten Jahrzehnten von den nationalen Gegebenheiten geprägt. ⓘ

In der Europäischen Union werden 11 % des Stroms in KWK erzeugt. Allerdings gibt es große Unterschiede zwischen den Mitgliedstaaten, wobei die Energieeinsparungen zwischen 2 % und 60 % schwanken. In Europa befinden sich die drei Länder mit der intensivsten KWK-Wirtschaft der Welt: Dänemark, die Niederlande und Finnland. Von den 28,46 TWh elektrischer Energie, die 2012 in Finnland in konventionellen Wärmekraftwerken erzeugt wurden, entfielen 81,80 % auf die KWK. ⓘ

Auch andere europäische Länder unternehmen große Anstrengungen zur Steigerung der Effizienz. Deutschland berichtet, dass derzeit über 50 % des gesamten Strombedarfs des Landes durch Kraft-Wärme-Kopplung gedeckt werden könnten. Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, den Anteil der Kraft-Wärme-Kopplung an der Stromerzeugung bis 2020 von 12,5 % auf 25 % zu verdoppeln, und hat entsprechende Fördergesetze verabschiedet. Auch das Vereinigte Königreich fördert aktiv die Kraft-Wärme-Kopplung. Angesichts des Ziels des Vereinigten Königreichs, die Kohlendioxidemissionen bis 2050 um 60 % zu senken, hat sich die Regierung das Ziel gesetzt, bis 2010 mindestens 15 % des staatlichen Stromverbrauchs durch KWK zu decken. Weitere britische Maßnahmen zur Förderung der KWK sind finanzielle Anreize, Zuschüsse, ein besserer Rechtsrahmen sowie staatliche Führung und Partnerschaft. ⓘ

Laut der IEA-Modellierung des KWK-Ausbaus für die G8-Länder aus dem Jahr 2008 würde allein der Ausbau der KWK in Frankreich, Deutschland, Italien und dem Vereinigten Königreich die bestehenden Primärenergieeinsparungen bis 2030 verdoppeln. Dadurch würden die Einsparungen in Europa von heute 155,69 TWh auf 465 TWh im Jahr 2030 steigen. Dies würde auch zu einem Anstieg der gesamten KWK-Stromerzeugung in jedem Land um 16 % bis 29 % bis 2030 führen. ⓘ

Die Regierungen werden bei ihren KWK-Bestrebungen von Organisationen wie COGEN Europe unterstützt, die als Informationsdrehscheibe für die neuesten Entwicklungen in der europäischen Energiepolitik dienen. COGEN ist der europäische Dachverband, der die Interessen der KWK-Industrie vertritt. ⓘ

Das Projekt ene.field der europäischen öffentlich-privaten Partnerschaft Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking im Siebten Rahmenprogramm sieht für 2017 die Installation von bis zu 1.000 Brennstoffzellen-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (Mikro-KWK) in 12 Staaten vor. Per 2012 haben die ersten 2 Installationen stattgefunden. ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplung im Vereinigten Königreich

Im Vereinigten Königreich regelt das Qualitätssicherungssystem für Kraft-Wärme-Kopplung die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom. Es wurde 1996 eingeführt. Es definiert durch die Berechnung von Inputs und Outputs die "gute Qualität der Kraft-Wärme-Kopplung" im Hinblick auf die Erzielung von Primärenergieeinsparungen gegenüber der konventionellen getrennten Erzeugung von Wärme und Strom. Die Einhaltung der Qualitätssicherung für Kraft-Wärme-Kopplung ist Voraussetzung dafür, dass KWK-Anlagen für staatliche Subventionen und Steueranreize in Frage kommen. ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplung in den Vereinigten Staaten

Das 250-MW-Kraftwerk Kendall Cogeneration Station in Cambridge, Massachusetts ⓘ

Die vielleicht erste moderne Anwendung der Energierückgewinnung wurde von Thomas Edison durchgeführt. Seine Pearl Street Station von 1882, das erste kommerzielle Kraftwerk der Welt, war ein Kraft-Wärme-Kopplungs-Kraftwerk, das sowohl Strom als auch thermische Energie erzeugte und gleichzeitig die Abwärme zur Beheizung benachbarter Gebäude nutzte. Durch Recycling erreichte Edisons Anlage einen Wirkungsgrad von etwa 50 Prozent. ⓘ

In den frühen 1900er Jahren wurden Vorschriften erlassen, um die Elektrifizierung des ländlichen Raums durch den Bau zentraler Anlagen zu fördern, die von regionalen Versorgungsunternehmen verwaltet wurden. Diese Vorschriften förderten nicht nur die Elektrifizierung des gesamten ländlichen Raums, sondern entmutigten auch die dezentrale Stromerzeugung, wie z. B. die Kraft-Wärme-Kopplung. ⓘ

1978 erkannte der Kongress, dass die Effizienz der zentralen Kraftwerke stagnierte, und versuchte, mit dem Public Utility Regulatory Policies Act (PURPA), der die Versorgungsunternehmen dazu ermutigte, Strom von anderen Energieerzeugern zu kaufen, die Effizienz zu verbessern. ⓘ

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen verbreiteten sich und erzeugten bald etwa 8 % der gesamten Energie in den Vereinigten Staaten. Das Gesetz überließ jedoch die Umsetzung und Durchsetzung den einzelnen Bundesstaaten, was dazu führte, dass in vielen Teilen des Landes wenig oder gar nichts unternommen wurde. ⓘ

Das Energieministerium der Vereinigten Staaten verfolgt das ehrgeizige Ziel, bis zum Jahr 2030 einen Anteil der KWK 20 % der Stromerzeugungskapazität bis 2030 ausmachen soll. Im ganzen Land wurden acht Clean Energy Application Centers eingerichtet. Ihre Aufgabe ist es, das erforderliche Wissen über die Technologieanwendung und die Bildungsinfrastruktur zu entwickeln, die notwendig sind, um Technologien für "saubere Energie" (Kraft-Wärme-Kopplung, Abwärmerückgewinnung und Fernwärme) als praktikable Energieoptionen zu etablieren und die mit ihrer Einführung verbundenen Risiken zu verringern. Der Schwerpunkt der Anwendungszentren liegt auf der Bereitstellung eines Informations- und Technologieeinführungsprogramms für Endverbraucher, politische Entscheidungsträger, Versorgungsunternehmen und Branchenvertreter. ⓘ

Aufgrund der hohen Stromtarife in Neuengland und im Mittleren Atlantik sind diese Gebiete der Vereinigten Staaten für die Kraft-Wärme-Kopplung am besten geeignet. ⓘ

Anwendungen in Stromerzeugungssystemen

Fossil

Jedes der folgenden konventionellen Kraftwerke kann in ein kombiniertes Kühl-, Wärme- und Stromsystem umgewandelt werden:

• Kohle
• Mikroturbine
• Erdgas
• Öl
• Kleine Gasturbine ⓘ

Kernkraft

• Kernenergie
• Geothermische Energie / geothermische Heizung
• Radioisotop-Thermoelektrische Generatoren dienen oft auch als Radioisotop-Heizgeräte, wodurch ihr geringer Wirkungsgrad (im einstelligen Prozentbereich) bei der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie teilweise ausgeglichen wird. ⓘ

Erneuerbare Energien

• Solarthermie
• Biomasse
• Wasserstoff-Brennstoffzellen (mit grünem Wasserstoff)
• Jede Art von Kompressor oder Turboexpander, wie z. B. bei der Speicherung von Druckluftenergie ⓘ

Technik

Brennstoffe

Das Prinzip der KWK kann mit jedem Brennstoff und jeder Wärmequelle mit einem Temperaturniveau ab ca. 200 °C genutzt werden. In Betracht kommen neben fossilen Energien wie Steinkohle, Braunkohle, Erdgas und Heizöl auch erneuerbare Energien wie Biogas, Klärgas, Pflanzenöl, Holz, Pellets, Bioethanol, Solarthermie und Geothermie sowie Siedlungsabfälle (Müllverbrennung und Deponiegas) genauso wie die Kernenergie. ⓘ

Ebenfalls möglich ist der Betrieb mit synthetischem Wasserstoff oder Methan aus dem Power-to-Gas-Prozess, mit dem sich Überschüsse aus erneuerbaren Energien langfristig speichern lassen. Da diese Art der Wärmeerzeugung aber recht verlustintensiv ist und deshalb insgesamt deutlich mehr Energie benötigt als beispielsweise die alternative Wärmeerzeugung mit Wärmepumpenheizungen, werden wärmegeführte KWK-Anlagen als weitgehend ungeeignete Technik für ein zukünftiges erneuerbares Energiesystem mit Sektorenkopplung angesehen. Hingegen gelten stromgeführte KWK-Anlagen als wichtige Techniken, um in einem solchen System den Energiebedarf bei der Rückverstromung niedrig zu halten. ⓘ

Fördermaßnahmen

Förderung in Deutschland

In Deutschland wird die KWK allgemein durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) gefördert. Anlagen, die erneuerbare Energien in KWK nutzen (z. B. Biogas-BHKW mit Wärmenetzen), können wahlweise auch nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet werden. ⓘ

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Mit der seit 2009 gültigen Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (§ 27 Absatz 4 EEG 2009) wurde die Nutzung der Abwärme aus der Stromerzeugung aus Biomasse (z. B. in Biogasanlagen und Biomasseheizkraftwerken) durch einen KWK-Bonus von 3 Cent/kWh KWK-Strom (EEG 2004: 2 Cent/kWh) angeregt. Dieser Bonus wurde auf die Grundvergütung nach dem EEG angerechnet und war vom Betreiber des vorgelagerten Stromnetzes zu entrichten. Die bonusfähige Strommenge (KWK-Strom) errechnete sich als Produkt aus Nutzwärme (tatsächlich genutzte Abwärme) und der Stromkennzahl der Anlage (elektrische Leistung/Nutzwärmestrom, hier ist – anders als oben – mit Nutzwärme der theoretisch nutzbare Anteil gemeint; durch die Anlagentechnik wie Generator und Wärmetauscher ist die Stromkennzahl einer Anlage vorgegeben.). Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad und die intensive Nutzung der Abwärme erhöhten also den Anteil der bonusfähigen Strommenge. Verschiedene Bedingungen mussten für den Bezug des KWK-Bonus erfüllt sein (Anlage 3 des EEG 2009). ⓘ

Außerdem wurde ein weiterer so genannter Technologie-Bonus (Innovationsbonus) von bis zu 2 Cent/kWh bei Einsatz bestimmter KWK-Technologien (Brennstoffzellen, Gasturbinen, Dampfmotoren, Organic-Rankine-Anlagen, Mehrstoffgemisch-Anlagen, insbesondere Kalina-Cycle-Anlagen, oder Stirling-Motoren) gezahlt (Anlage 1 des EEG 2009). Diese Zuschlags- und Bonuszahlungen wurden indirekt auf alle Endverbraucher umgelegt. ⓘ

Durch die EEG-Novelle 2012 wurde sowohl der KWK-Bonus als auch der Technologiebonus abgeschafft. Der KWK-Bonus ist nunmehr in die EEG-Grundvergütung integriert und als Mindestanforderung für Biomasseanlagen übernommen, indem eine Wärmenutzung von mindestens 25 bzw. 60 Prozent vorgeschrieben wird, wenn nicht mehr als 60 Masseprozent flüssige Güllefraktionen eingesetzt werden. Anstatt des Technologie-Bonus sah das EEG nun einen Gasaufbereitungs-Bonus vor, wenn geringere Methanemissionen und geringerer Stromverbrauch nachgewiesen werden konnten. Mit der letzten EEG-Reform im August 2014 wurde auch der Gasaufbereitungsbonus gestrichen, um die Entwicklung der EEG-Umlage zu dämpfen. ⓘ

Steuervergünstigungen

Für die Brennstoffe Erdgas, Heizöl und Flüssiggas wurde bis 1. April 2012 beim Einsatz in KWK-Anlagen mit einem Jahresnutzungsgrad von mindestens 70 Prozent die Energiesteuer, ehemals „Mineralölsteuer“, vollständig erstattet. Aufgrund einer zu kurzfristigen Antragstellung durch die deutschen Behörden bei der EU-Kommission wurde die Bearbeitung von Anträgen auf Energiesteuerentlastung im Jahr 2012 vorläufig ausgesetzt. Durch eine Gesetzesänderung wird rückwirkend zum 1. April 2012 die vollständige Entlastung nur noch geleistet, wenn die Anlage neben dem Mindestnutzungsgrad von 70 Prozent steuerrechtlich noch nicht vollständig abgeschrieben wurde und hocheffizient im Sinne der Richtlinie 2004/8/EG des Europäischen Parlaments ist. ⓘ

Für elektrische Energie aus Anlagen bis zu 2 MW elektrischer Leistung, die im „räumlichen Zusammenhang“ verbraucht wird, muss zudem keine Stromsteuer (2,05 Cent/kWh) entrichtet werden. Diese Befreiung trifft nicht nur auf KWK-Anlagen zu, sondern auf jede Anlage, die maximal 2 MW groß ist. ⓘ

Förderung in Österreich

In Österreich besteht für fossile Kraftwärmekopplungsanlagen eine Förderung in Art, dass die Energieabgaben für die Primärenergie nicht bezahlt werden müssen, sofern der elektrische Wirkungsgrad über 30 % liegt. Damit ist die Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen de facto steuerbefreit bzw. gefördert. ⓘ

Fossile Kraft-Wärmekopplungen wurden in Österreich von 2004 bis 2010 mit einem Gesamtvolumen von rund 500 Mio. Euro in Form von Marktpreiszuschlägen zum Strompreis (Unterstützungstarifen) unterstützt; diese Form der Förderung ist jedoch ausgelaufen. 2014 wurde ein Gesetz erlassen, welches eine Förderung der Stromproduktion von fossilen Anlagen über KWK-Punkte vorsieht, deren Volumen jedoch nur mehr 38 Mio. Euro pro Jahr beträgt. Weiters erhielten Kraftwerke, wie das Kraftwerk Simmering Investitionsförderungen gemäß § 24 ff Ökostromgesetz 2012 für die Adaptierungsarbeiten. ⓘ

Förderung in der Schweiz

In der Schweiz wird die Wärmekraftkopplung in Biomasse-, Abwasserreinigungs- und Kehrichtverbrennungsanlagen indirekt durch den Bund gefördert. ⓘ