KWK-Anlage: Funktion, Einsatz und Kosten

Eine KWK-Anlage ist eine Maschine zur Kraft-Wärme-Kopplung. Sie nutzt verschiedene technische Prozesse aus, um zeitgleich Strom und Wärme zu erzeugen. Während große KWK-Anlagen in Kraftwerken zum Einsatz kommen, gibt es auch kleinere für den häuslichen Gebrauch. Hier decken sie einen Teil des Strom- und Wärmebedarfs von Ein- und Mehrfamilienhäusern. Aber wie funktioniert das, wann lohnt es sich und was kosten die Geräte?

Verschiedene Arten von KWK-Anlagen und ihre Funktion

KWK steht für Kraft-Wärme-Kopplung und beschreibt Anlagen, die gleichzeitig Strom und Wärme produzieren. Heute gibt es jedoch verschiedene Möglichkeiten, das zu erreichen. So unterscheiden Experten BHKWs mit internem Verbrennungsmotor, KWK-Anlagen mit Stirlingmotor und Brennstoffzellen. Letztere setzen anstelle einer konventionellen Verbrennung auf eine elektrochemische Reaktion.

KWK-Anlage für Ein- und Mehrfamilienhäuser
Janaka Dharmasena / Shutterstock.com

BHKW: KWK-Anlage mit internem Verbrennungsmotor  

Am bekanntesten dürfte das konventionelle BHKW sein. Die Abkürzung steht hier für Blockheizkraftwerk und beschreibt Geräte, die sowohl elektrische als auch thermische Energie abgeben. Diese bestehen aus einem Motor, der dem in einem Auto ähnelt. Er verbrennt Gas oder Heizöl, treibt als nächstes einen Generator an und erzeugt Strom. Indem Wärmeübertrager (Wärmetauscher) die dabei anfallende Abwärme auffangen, lässt sich auch Heizwärme aus dem Prozess auskoppeln. Die Stromkennzahl, also das Verhältnis von Wärme zu Strom, liegt hier bei 0,3 bis 0,5. Das heißt: Mit jeder Kilowattstunde Wärme erzeugt die KWK-Anlage auch 300 bis 500 Watt Strom.

Stirling-Motor nutzt externe Verbrennungsprozesse 

Auch ein BHKW mit Stirlingmotor erzeugt Strom und Wärme. Anders als bei konventionellen BHKWs findet die Verbrennung hier jedoch außerhalb des Motors statt. Denn dieser besteht aus einer abgeschlossenen Kapsel, in der Luft erhitzt und gekühlt wird. Die dabei stattfindende Volumenänderung erzeugt mechanische Arbeit, mit der sich ein Generator antreiben lässt. Während dieser Strom erzeugt, geht die Abwärme auch hier auf das Heizsystem über. Die Stromkennzahl liegt in der Regel bei 0,15 bis 0,3. Bei der gleichen Laufzeit produziert die Stirling-KWK-Anlage also weniger Strom. Das Besondere an dieser BHKW-Art ist jedoch die externe Verbrennung, durch die der Motor mit nahezu jeder Wärmequelle arbeiten kann. Neben Gas und Heizöl kommen dabei sogar Holz und Solarthermie infrage.

Brennstoffzelle: KWK-Anlage setzt auf Wasserstoff

Die Brennstoffzelle funktioniert ganz anders als die bereits vorgestellten Technologien. Denn sie setzt auf eine chemische Reaktion: Die sogenannte kalte Verbrennung. Dabei arbeitet sie mit Sauerstoff und Wasserstoff, die unter kontrollierten Bedingungen miteinander reagieren. Während das im Normalfall eine Explosion zur Folge hätte, entstehen in der Brennstoffzellenheizung Strom und Wärme. Wie der Prozess im Detail abläuft, erklärt der Beitrag Funktionsweise der Brennstoffzelle. Die Geräte erreichen eine Stromkennzahl von 0,5 bis 1,0 und erzeugen in etwa so viel Strom wie Wärme. Als Brennstoff kommt meist Wasserstoff oder Erdgas zum Einsatz.

Einsatzbereiche moderner KWK-Anlagen  

Maschinen zur Kraft-Wärme-Kopplung kommen sowohl in der Industrie als auch im privaten Einfamilienhaus zum Einsatz. In Wohngebäuden arbeiten sie dabei als Grundlastheizung, die viele Stunden im Jahr läuft. Das ist wichtig, um möglichst viel elektrische Energie zu erzeugen. Denn diese lässt sich gegen eine Vergütung in das Stromnetz einspeisen oder gleich selbst verbrauchen. Letzteres senkt die Stromkosten um rund 28 Cent pro verbrauchter Kilowattstunde und spart somit besonders viel.

Ob sich KWK-Anlagen in Ein- und Mehrfamilienhäusern lohnen, ist individuell zu entscheiden. Denn neben den technischen Eigenschaften der Geräte kommt es dabei auch auf die örtlichen Gegebenheiten und den Wärmebedarf im Haus an. Während BHKWs mit internem Verbrennungsmotor oder Stirlingmotor dabei vor allem in Altbauten und größeren Gebäuden zum Einsatz kommen, können sich Brennstoffzellen durch die hohe Stromkennzahl auch im energiesparenden Neubau lohnen. Für Gewissheit sorgt hier jedoch nur die detaillierte Planung, die ein Installateur individuell durchführt.

Kosten und Fördermittel im Überblick  

KWK-Anlagen sind heute vergleichsweise teuer. So gibt es Heizgeräte mit internem Verbrennungsmotor oder Stirlingmotor für 10.000 bis 15.000 Euro. Integriert ist dabei meist schon ein Spitzenlast-Brennwertmodul, das die stromerzeugende Heizung an kalten Tagen unterstützt. Wer sich für eine Brennstoffzelle interessiert, muss tiefer in die Tasche greifen: Die Technik kann heute 20.000 bis 25.000 Euro kosten. Zumindest ohne Fördermittel. Denn wie der folgende Abschnitt zeigt, unterstützt der Staat Interessierte mit sehr hohen Zuschüssen.

Hohe Förderung für eine KWK-Anlage in Deutschland  

So erstattet die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bis zu 40 Prozent der Anschaffungskosten für eine Brennstoffzellenheizung. Noch einmal bis zu 4.800 Euro gibt es außerdem vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Den Zuschuss erhalten alle, die eine stromerzeugende Heizung nutzen und sich die Vergütung für den selbst erzeugten Strom der ersten 60.000 Betriebsstunden vorab auszahlen lassen möchten. Einen genauen Überblick über die möglichen Mittel und Hinweise, wie diese zu beantragen sind, geben die Beiträge Förderung für ein BHKW und Förderung für eine Brennstoffzellenheizung.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Eine KWK-Anlage ist eine Maschine zur Kraft-Wärme-Kopplung, die zeitgleich Strom und Wärme erzeugt. Möglich ist das mit konventionellen Verbrennungsmotoren, Stirlingmotoren und Brennstoffzellen. Während die erstgenannten Geräte Gas, Heizöl oder andere Brennstoffe verbrennen, setzt die Brennstoffzellenheizung gewinnbringend auf eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff und Wasserstoff. Die KWK-Anlagen kommen in industriellen und privaten Bereichen zum Einsatz und werden staatlich sehr hoch gefördert. Ob sie sich lohnen, muss ein Experte jedoch von Fall zu Fall entscheiden.

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