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Einsatz von KWK-Anlagen zur Verbesserung der CO2-Bilanz und Senkung von Betriebskosten

Die Anwendung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zur Verbesserung der CO2-Bilanz eines Gebäudes und der Betriebskosten

Eine KWK-Anlage nutzt Brennstoff (in der Regel Gas aus dem Versorgungsnetz), um Elektrizität zu erzeugen, verwendet jedoch einen erheblichen Teil der während der Stromerzeugung entstehenden Wärme, um die Effizienz zu steigern. Eine typische KWK-Einheit, die bei einem Wirkungsgrad von 80% betrieben wird, liefert 35 Elektrizitätseinheiten und 45 Wärmeeinheiten pro 100 zugeführte Energieeinheiten. Mit einem herkömmlichen Gaskessel und Strom aus dem Netz wären 145 Einheiten an zugeführter Energie für die gleiche Leistung erforderlich. Diese Einsparung an Primärenergie durch KWK-Anlagen führt in der Regel zu geringeren CO2-Emissionen und/oder Kosten.

Der Schlüssel zu guter Leistung

Eine KWK-Anlage erreicht ihre Verringerung der CO₂-Emissionen und Kosten durch die effizientere Nutzung von Gas bei der Stromerzeugung und durch ein Fehlen von Übertragungsverlusten. Die Aufrechterhaltung des elektrischen Wirkungsgrads der KWK-Anlage ist daher von zentraler Bedeutung für ihre Leistung. Da der Wirkungsgrad eines KWK-Blocks am höchsten ist, wenn er ständig bei voller Kapazität läuft, sollte das System so dimensioniert sein, dass sichergestellt ist, dass es solange wie möglich bei voller Kapazität laufen kann.

Die Dimensionierung des KWK-Blocks muss daher auf der Grundlage einer realistischen Beurteilung des Wärme- und Strombedarfs erfolgen, wobei sowohl der Jahres- als auch der Tagesbedarf zu berücksichtigen ist. Die KWK-Anlage ist am effektivsten – sowohl ökologisch als auch finanziell –, wenn sich Wärme- und Strombedarf weitgehend decken.

Bewertung der Verringerung von CO₂-Emissionen

Die mithilfe der KWK-Anlage erreichte Verringerung von CO₂-Emissionen wird erst deutlich, wenn man ein mit einer KWK-Anlage ausgestattetes Gebäude mit einem mit einer konventionellen Heizanlage ausgestatteten Gebäude vergleicht. Um die in Bauvorschriften und Baunormen vorgeschriebenen CO2-Emissionsziele weiterhin einzuhalten, erfordern diese Berechnungen den Einsatz einer von den Behörden zugelassenen Software, die die Auslegung durch Vergleich mit einem abstrakten Konzept prüft, unter Zuhilfenahme einer Standardsammlung an Bauspezifikationen.

Die in der zugelassenen Software verwendeten Algorithmen, insbesondere das Simplified Building Energy Model (SBEM), sind nicht präzise genug, um sie zur Dimensionierung einer KWK-Anlage zu verwenden. Diese Software lässt sich verwenden, um eine theoretische Verringerung der CO₂-Emissionen abzuleiten. Bei dieser Ableitung vorgenommen würde man jedoch eine deutlich überdimensionierte Anlage erhalten, deren Leistung nicht effektiv wäre. Es ist daher wichtig, dass die Prüfung der Compliance auf der Grundlage einer präzise dimensionierten Anlage erfolgt.

Umgang mit widersprüchlichen Vorteilen

Bei Projekten, bei denen finanzielle Einsparungen im Vordergrund stehen, kann es vorteilhaft sein, die KWK-Anlage zu betreiben, um so viel Strom wie möglich zu erzeugen und die unerwünschte Abwärme abzugeben. Konstrukteure müssen jedoch zur Kenntnis nehmen, dass erhebliche Mengen an Abwärme eine Verringerung der CO₂-Emissionen, die von der KWK-Anlage erwartet wird, gefährden werden.

Eine weitere Strategie zur Bewältigung der Situationen, in denen Strom- und Wärmebedarf nicht identisch sind, ist der Einsatz von Wärmespeichern. Das Wasser in einem Wärmespeicher (der in der Regel Zehntausende Liter fasst) wird aufgeheizt, wenn der Strombedarf hoch, der Wärmebedarf jedoch niedrig ist. Bei hohem Wärme- und niedrigem Strombedarf wird das Wasser zu Heizzwecken sowie zur Warmwasserversorgung für Haushalte genutzt. Dadurch kann die KWK-Anlage bei voller Kapazität und Effizienz betrieben werden, wodurch die Nutzung von Strom und Wärme maximiert und damit eine Verringerung von Emissionen erzielt wird.

In jedem Projekt ist jedoch der Schlüssel zur Verringerung von Emissionen und zur Senkung von Betriebskosten die Dimensionierung der KWK-Einheit auf der Grundlage einer genauen Bewertung des Wärme- und Strombedarfs.

Imbissstände

  1. Eine KWK-Anlage ist deutlich effizienter als konventionelle Gaslieferungen und Strom aus dem Netz, was hauptsächlich auf die Nutzung der Wärme, die bei der Stromerzeugung anfällt, zurückzuführen ist. Die durch KWK bei der zugeführten Energie erzielten Einsparungen führen in der Regel zu einer Verringerung der CO₂-Emissionen und/oder Kosten.
  2. Da der Wirkungsgrad eines KWK-Blocks am höchsten ist, wenn er ständig bei voller Kapazität läuft, sollte das System so dimensioniert sein, dass sichergestellt ist, dass es solange wie möglich bei voller Kapazität laufen kann. Die KWK-Anlage ist am effektivsten – sowohl ökologisch als auch finanziell –, wenn sich Wärme- und Strombedarf weitgehend decken.
  3. Die Algorithmen der von der Behörde zugelassenen Software, die erforderlich ist, um die durch die KWK-Anlage reduzierten CO2-Emissionen abzubilden, sind nicht präzise genug, um sie für die Dimensionierung einer KWK-Anlage verwenden zu können. Es ist daher wichtig, dass die Prüfung der Compliance auf der Grundlage einer präzise dimensionierten Anlage erfolgt.
  4. Bei Projekten, die vorrangig auf finanzielle Einsparungen ausgerichtet sind, kann es vorteilhaft sein, die KWK-Anlage zu betreiben, um so viel Strom wie möglich zu erzeugen und die unerwünschte Abwärme abzugeben. Beachten Sie jedoch, dass erhebliche Mengen an Abwärme eine Verringerung der CO₂-Emissionen, die von der KWK-Anlage erwartet wird, gefährden werden.
  5. In jedem Projekt ist jedoch der Schlüssel zur Verringerung von Emissionen und zur Senkung von Betriebskosten die Dimensionierung der KWK-Einheit auf der Grundlage einer genauen Bewertung des Wärme- und Strombedarfs.