Der Wirkungsgrad von gewöhnlichen fossil befeuerten Kraftwerken liegt im Bereich von ca. 40%. Ein erheblicher Anteil der chemischen Energie des Primärenergieträgers geht an das Kühlwasser. Es liegt nahe, die Abwärme für Heizzwecke zu nutzen. Dazu darf aber das Kraftwerk nicht zu weit vom Verbraucher entfernt sein, da sonst die Verluste in den Zuleitungen zu groß sind.
Der Brennstoffaufwand für die gleichzeitige Erzeugung von innerer Energie zum Heizen und elektrischer Energie ist geringer, als wenn man dieselben Energiemengen getrennt - das heißt in reinen Kraftwerken bzw. Heizwerken - erzeugen würde. Die Kombination von "Strom- und Wärmeproduktion" wird als "Kraft-Wärme-Kopplung" bezeichnet.
Häufig wird die Kraft-Wärme-Kopplung in sogenannten Blockkraftwerken (BHKW) angewandt. Sie dienen der Versorgung kleinerer Einheiten, wie z.B. Krankenhäusern, Schulzentren oder Schwimmbäder.
Das nebenstehende Bild zeigt die Aggregate eines größeren Blockheizkraftwerks, das bei einer elektrischen Leistung von \(1{,}6\,\rm{MW}\) und einer Wärmeleistung von \(2{,}4\,\rm{MW}\) eine Brennstoffausnutzung von \(85\%\) erreicht.
Schematischer Aufbau (Details)
Ein Diesel- oder Gasmotor betreibt einen Generator und erzeugt elektrische Energie.
Die Abwärme des Motors wird ebenfalls genutzt: In einem Wärmetauscher wird warmes Wasser für den Verbraucher bereitgestellt.
Meist enthält solch eine Anlage noch einen gut isolierten Warmwasserspeicher und u.U. auch noch einen sogenannten Spitzenkessel, mit dem die Warmwasserbereitung bei Verbrauchsspitzen erfolgt (für \(1\,\rm{kW}\) BHKW-Leistung sind wesentlich höhere Investitionen im Vergleich zu \(1\,\rm{kW}\) Kesselleistung erforderlich).
Die Kraft-Wärme-Kopplung lässt sich auch in größeren Kraftwerken nutzen: Bei Dampfkraftwerken stünde an sich die Abwärme des Kühlwassers zur freien Verfügung, ohne dass dadurch der elektrische Wirkungsgrad der Anlage beeinträchtigt würde. Die Abwärmetemperatur eines solchen normalen thermischen Kraftwerks liegt bei etwa 50-80°C. Für eine effiziente Wärmenutzung ist jedoch eine höhere Temperatur erforderlich (etwa 100-130°C). Daher geht man bei der Kraft-Wärme-Kopplung einen Kompromiss ein: Die Temperatur hinter der Turbine wird auf die für die Wärmenutzung geforderten 100-130°C eingestellt, damit allerdings der Wirkungsgrad der Stromerzeugung etwas herabgesetzt.
Man schätzt, dass in der BRD allein durch den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung sich soviel Pirmärenergie einsparen ließe, dass der Kohlendioxidausstoß um etwa 9% zurückgeht.
Auf der Seite der Stadtwerke München findest du eine hübsche Animation zur Kraft-Wärme-Kopplung.