Projekt Beschreibung

Effizient, emissionsarm und sicher

Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) sind hocheffiziente Anlagen zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme. In Österreich sind rund 80% der thermischen Kraftwerkskapazitäten mit einer Kraft-Wärme-Kopplung ausgerüstet. Der Wirkungsgrad eines kalorischen Kraftwerkes steigt durch eine Kraft-Wärme-Kopplung von rund 40% auf bis zu 86%. Dadurch kann der Energieeinsatz reduziert und die CO2-Emissionen um etwa 30% vermindert werden. Wien Energie betreibt KWK-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 1.500 MWel.

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Einfach erklärt

Da die thermische Stromerzeugung nur bei sinnvoller Nutzung der Abwärme energieeffizient ist, gilt die Kraft-Wärme-Kopplung als zentraler Bestandteil einer modernen Energieversorgung – insbesondere in Städten. Somit tragen KWK-Anlagen wesentlich zur Erreichung von CO2– und Energieeffizienzziele bei.

Bei der Erzeugung von Strom in thermischen Kraftwerken werden Brennstoffe verbrannt, die mit der erzeugten Wärme Wasser erhitzen. Dadurch entsteht Dampf, der Turbinen antreibt, die wiederum elektrischen Strom erzeugen. Nachdem der heiße Dampf die Turbine mit seiner Bewegungsenergie angetrieben hat bleibt jedoch noch viel Abwärme. Wenn die Abwärme über Gewässer gekühlt wird, kann das besonders im Sommer zu großen Problemen führen. Fallweise muss die Abwärme auch mit viel zusätzlicher Energie gekühlt werden. Mit der Abwärme gehen so in etwa 60% der eingesetzten Energie verloren.

Anders ist das bei Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Hier kann ein Großteil der Abwärme in ein Wärmenetz eingespeist und so für Heiz- und Warmwasserzwecke genutzt werden. Mit der Nutzung der Abwärme aus der Stromerzeugung kann eine KWK-Anlage bis zu 90% der eingesetzten Energie weitergeben. Die hier eingesetzten Brennstoffe werden etwa doppelt so effektiv genutzt als in herkömmlichen Anlagen.

Das Prinzip der KWK kann mit jedem Brennstoff und jeder Wärmequelle mit einem Temperaturniveau ab ca. 200 Grad genutzt werden. Neben fossilen Energien, wie Erdgas, können auch erneuerbare Energien wie Biogas, Biomasse, Geothermie sowie Abfälle (Müllverbrennung und Deponiegas) eingesetzt werden. In Zukunft könnten auch synthetisch erzeugte, erneuerbare Brennstoffe (Power-to-Gas, Power-to-Liquid) mittels einer KWK effizient genutzt werden.

Grundsätzlich können KWK-Kleinstanlagen mit Leistungen von einigen kW bis hinauf zu Anlagen mit Leistungen von mehreren hundert MW ausgeführt werden:

  • Brennstoffzellen können in Mikro-KWKs eingesetzt werden.
  • Blockheizkraftwerk (BHKW) nennt man mit Öl, Biodiesel oder Gas betriebene Verbrennungskraftmaschinen, die einem Automotor ähnlich sind. Diese werden direkt am Ort des Wärmeverbrauchs eingesetzt, typischerweise in der Industrie aber auch in Wohngebäuden für einzelne Gebäude oder ganze Siedlungen.
  • BHKW mit Sterlingmotoren wurden im kleinen Leistungsbereich als interessante Variante gesehen, da sie mit geringen Temperaturen flexibel eingesetzt werden können. Sie haben sich aber aus wirtschaftlichen Gründen aber nicht durchgesetzt.
  • In Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken (GuD) wird eine Gasturbine mit einem Gemisch aus Verbrennungsgasen aus der Verfeuerung von Erdgas und Luft betrieben. Sie treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die Abgase aus der Gasturbine sind so heiß, dass Wasserdampf erzeugt werden kann. Dieser treibt eine Dampfturbine an, die zusätzlichen Strom erzeugt. Aus der Dampfturbine wird Dampf für die Fernwärme entnommen. Das senkt zwar die elektrische Leistung, bringt aber das Fünffache an Fernwärme-Leistung. Der Wirkungsgrad erhöht sich dadurch auf rund das doppelte eines üblichen kalorischen Kraftwerkes.

KWK-Anlagen können nach der Größe der elektrischen Leistung (Anteil der Stromgewinnung) eingeteilt werden:

  • Nano KWK: bis etwa 2,5 kWel (Kilowatt elektrische Leistung)
  • Mikro KWK: bis 20 kWel
  • Mini KWK: bis 50 kWel
  • Mittlere KWK-Anlagen: bis 2 MWel
  • Große KWK-Anlagen: ab etwa 2 MWel

Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz von KWKs ist der gleichzeitige Bedarf von Strom und Wärme sowie die Nähe zum Verbraucher, denn der Wärmetransport ist über weite Strecken wirtschaftlich nicht möglich.

Die CO2-Emission pro Kilowattstunde aus hocheffizienter KWK legt die OIB-Richtlinie 6 (Grundlage für Baugesetze) mit 75 Gramm fest. Im Vergleich dazu beträgt der Konversionsfaktor für Kohle 375, Heizöl 310, Erdgas 247 und Strom (Liefermix) 227 Gramm pro Kilowattstunde. Die KWK ist daher die deutlich umweltfreundlichste Erzeugungsform.

Wird daher mit einem Fernwärmeanschluss eine Heizung ersetzt, die Abgase produziert, werden lokale Emissionen verringert. Dadurch wird die Luftsituation vor Ort verbessert. Zusätzlich kann die Feinstaubbelastung durch Fernwärme (z.B. im Fall des Ersatzes von alten Holzöfen oder Kohleheizungen) deutlich verringert werden.

Im Stromnetz müssen die Stromzufuhr durch die Erzeuger und die Entnahme durch die Verbraucher zu jedem Zeitpunkt die Waage halten, damit die Netzstabilität gewahrt bleibt. Gelingt das nicht, drohen Blackouts. KWK-Anlagen leisten bei der Bewältigung von Engpässen einen eindrucksvollen Beitrag. Die Zahl der KWK-Einsätze zur Netzstabilisierung hat sich in den vergangenen Jahren verzehnfacht. Die Verfügbarkeit dieser hochflexiblen Technologie mit höchster Brennstoffeffizienz ist zur Wahrung der Versorgungssicherheit unabdingbar und eine wesentliche Voraussetzung für den erforderlichen massiven Ausbau erneuerbarer Energien zur Erreichung der österreichischen Klimaziele.

Viele thermische Kraftwerke in Österreich erreichen mittelfristig das Ende ihrer Lebensdauer. Zudem werden hocheffiziente KWK-Anlagen durch die Verwerfungen am Strommarkt aus dem Markt gedrängt. Dabei sind hocheffiziente KWK-Anlagen der effizienteste Weg zur sicheren Integration der Erneuerbaren in das Stromsystem. Auch sind KWK-Betreiber in Österreich gegenüber anderen Ländern, die KWK-Anlagen fördern, erheblich benachteiligt. Da die Inbetriebnahme neuer Anlagen eine Vorlaufzeit von ca. sieben Jahren ab Investitionsentscheidung hat, müssen die notwendigen Rahmenbedingungen für Investitionen schon heute geschaffen werden.

KWK-Anlagen könnten künftig mit Grünem Gas betrieben werden und so die Versorgungssicherheit auch im Zeitalter der Erneuerbaren weiterhin sicherstellen. Dabei stellt sich jedoch die Frage, wie die dafür notwendigen Mengen an Grünem Gas produziert werden können.

In Wien Donaustadt und Simmering gibt es zwei große KWK-Anlagen. Sie sind eine wesentliche Stütze des sogenannten „Wiener Modells“, das die Kraft-Wärme-Kopplung und Abfallverwertung zur Strom- und Wärmeversorgung nutzt. Die Müllverwertungsanlage Spittelau speist die Wärme aus der Müllverbrennung ins Fernwärmenetz ein und produziert dabei mit Kraft-Wärme-Kopplung Strom.

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