In welchem Zusammenhang ist die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom (Wärmekraftkopplung) gerechtfertigt?

Aus Sicht der Energieeffizienz ist die Wärmekraftkopplung (WKK) immer dann gerechtfertigt, wenn man einen Brennstoff verbrennt und gleichzeitig Strom und Wärme niedriger oder mittlerer Temperatur braucht. Es ist aber immer noch schwierig, WKK-Anlagen rentabel zu betreiben.

Die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom (Wärmekraftkopplung bzw. WKK) ist in verschiedenen Situationen angebracht: wenn man gleichzeitig Wärme und Strom braucht (für industrielle Prozesse oder den Privatverbrauch in Haushalten im Winter); wenn der Netzstrom im Vergleich zu den Brennstoffen relativ teuer ist (was in der Schweiz derzeit nicht der Fall ist); oder wenn sowieso Hochtemperaturabwärme anfällt, weil ein Rohstoff verbrannt werden muss, wie z. B. in Kehrichtverbrennungsanlagen. Die WKK ist besonders gut für Fernwärmenetze geeignet.

Nehmen wir das Beispiel einer Kehrichtverbrennungsanlage (KVA): Die Öfen können ein Fernwärmenetz speisen und gleichzeitig Energie zur Stromerzeugung liefern. In der Schweiz besteht im Winter eine Unterproduktion an Strom [→ F11] – genau dann, wenn ein starker Wärmebedarf besteht. Dieser Kontext begünstigt WKK-Systeme, welche gleichzeitig Wärme und Strom liefern.

Das Hauptproblem der WKK-Anlagen ist ihre Rentabilität, insbesondere im derzeitigen Umfeld niedriger Strompreise. Kleine Systeme sind zu teuer im Vergleich zu den erwirtschafteten Einnahmen und die grossen können oft nicht ihre gesamte Wärme verkaufen, weil die Nachfrage meistens nicht hoch genug oder im Jahresverlauf nicht konstant genug ist. In beiden Fällen ist es sehr schwierig, die Anlage rentabel zu betreiben.

Vor dieser Schwierigkeit stehen viele Betreiber von Fernwärmenetzen, die auf einer erdgasbetriebenen WKK basieren. Sie überleben dank einer impliziten Subventionierung von Gemeinden und Kantonen, den Aktionären der sie betreibenden Elektrizitätsunternehmen.

Hingegen kann die WKK auf Grundlage erneuerbarer Energieträger (Biogas, Holz, synthetisches Gas aus Holz, Klärschlamm in Kläranlagen usw.) heute von Subventionen der Kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) profitieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines rentablen Betriebs steigt [→ F79].

Quellen

Favrat, Maréchal & Epelly (2008)
, & (). The challenge of introducing an exergy indicator in a local law on energy. Energy, 33(2). 130–136.
Hart, David and Lehner, Franz and Jones, Stuart and Lewis, Jonathan and Klippenstein, Matthew (E4tech) (2019)
(). The fuel cell industry review 2018.
Jochem, Rudolf von Rohr & others (2004)
, & (). Steps towards a sustainable development: A white book for R&D of energy-efficient technologies. Novatlantis.
Pelet, X and Favrat, D and Voegeli, A (1997)
(). Performance of a 3.9 MW ammonia heat pump in a district heating cogeneration plant: Status after eleven years of operation. Compression systems with natural working fluids, IEA Annex, 22.
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