Nachhaltige Energieversorgung dank Kraft-Wärme-Kopplung

Eine flexible, kostengünstige und saubere Energieversorgung lässt sich durch eine dezentrale Kopplung von Strom, Verkehr und Wärme realisieren. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) gilt als zentraler Bestandteil dieser Sektorenkopplung. KWK macht gemeinsam mit anderen erneuerbaren Systemen eine Energieversorgung möglich, die sowohl modern als auch sauber ist. Darüber hinaus erhöhen der hohe Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent in Verbindung mit den flexiblen Anwendungsmöglichkeiten zum dezentralen Erzeugen von Wärme und Strom die Stabilität des Stromnetzes.

Bildquelle: © Solar Promotion GmbH

Spannende Einblicke in die Technologie gibt die neueste Folge des The smarter E Podcasts mit Hans Korteweg, CEO von COGEN Europe, dem europäischen Verband zur Förderung der KWK. Auf der internationalen Energiefachmesse EM-Power Europe vom 9. bis 11. Juni 2021 in München präsentieren die Akteure der neuen Energiewelt nachhaltige Technologien wie die KWK, vernetzte Energielösungen und Innovationen aus dem Bereich des intelligenten Energiemanagements.

KWK ist die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom. Die KWK entlastet dank verbrauchsnaher Erzeugung die Stromnetze und sorgt durch ihre hohe Flexibilität für eine stabile Stromerzeugung – auch dann, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint. Anders als herkömmliche zentrale und fossil befeuerte Dampfkraftwerke können KWK-Anlagen einfach abgeregelt oder abgeschaltet werden. So passt sich die KWK in die bestehende Infrastruktur aus Strom-, Wärme- und Gasnetzen ein. Durch ihre Flexibilität und die bestmögliche Verwertung von erneuerbarer Energie etwa in Form von Biomethan, Wassersoff und anderen synthetischen Kraftstoffen können KWK-Anlagen die Residuallasten im Stromnetz gut decken. Das alles macht sie zu einem wichtigen Faktor für die Energieversorgung der Zukunft und zu einem geeigneten Partner der erneuerbaren Energien.

Kostengünstig, effizient, emissionsarm

COGEN Europe fördert den Ausbau von KWK europaweit. Der Verband, ab 2021 offizieller Partner der EM-Power Europe, setzt sich für die Sektorkopplung ein und sieht sie und darin die KWK als Rückgrat eines künftigen europäischen Energiesystems – kohlenstoffneutral, dezentral und belastbar. „KWK hat das Potenzial, Strom-, Wärme- und Gasnetze zusammenzuführen sowie erneuerbare Energie effizient zu integrieren und zur CO2-freien Energieversorgung zu nutzen. KWK bringt also mehr Zuverlässigkeit und Flexibilität in das Energiesystem, indem es jederzeit Wärme und Strom erzeugen kann. Die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme ist kostengünstig, effizient und führt auch zu geringer Emissionen“, sagt CEO Hans Korteweg. Seit dem 14. Januar 2021 ist die neueste Folge des The smarter E Podcasts mit Hans Korteweg online und kann hier abgerufen werden.

Grüner Wasserstoff als Energiespeicher

Die KWK ist im Kontext mit erneuerbaren Energien in sektorgekoppelten, ganzheitlichen Lösungen zu betrachten. Ihr Potential zeigt sich etwa bei der Power-to-Fuel-Technologie: Überschüssige erneuerbare Energie wird in Wasserstoff oder einen anderen synthetischen Brennstoff umgewandelt. So kann Energie kostengünstig gespeichert und transportiert werden. „Mit gespeichertem Brennstoff können an windstillen oder sonnenarmen Tagen thermische KWK-Anlagen betrieben werden. Diese speisen dann zusätzlich Strom ins Netz ein und stellen dadurch die Stabilität sicher. Dank der Power-to-X-Technologie werden KWK-Anlagen in Zukunft eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielen“, erklärt Jan Andersson, Market Development Manager des finnischen Unternehmens Wärtsilä, das 2021 erstmals auf der EM-Power Europe ausstellen wird. Als einer der führenden Energiesystemintegratoren wurde Wärtsilä mit der Installation mehrerer KWK-Anlagen in Deutschland beauftragt, darunter die neue KWK-Anlage des kommunalen Energieversorgers Kraftwerke Mainz-Wiesbaden (KMW) mit über 100 Megawatt (MW).  Die Gas-Motoren von Wärtsilä sind das Herzstück des Kraftwerks. Nach der Inbetriebnahme wird die KWK-Anlage in Zukunft zirka 40.000 Haushalte der Region Mainz-Wiesbaden zuverlässig mit 100 MW elektrischer Leistung sowie rund 90 MW thermischer Leistung versorgen können.

Bei der Bereitstellung von Regelenergie aus erneuerbaren Energien wie Biogas-, Power-to-X und KWK-Anlagen kommen virtuelle Kraftwerke ins Spiel, wie das des Kölner Unternehmens Next Kraftwerke. „KWK-Anlagen können zum Beispiel dazu beitragen, Schwankungen durch die Einspeisung von volatiler erneuerbarer Energie im Stromnetz auszugleichen, indem sie kurzfristig mehr oder weniger Strom produzieren. Wir prognostizieren die lokale Erzeugung von erneuerbarer Energie und die Auslastung des Erdgasnetzes. Gemeinsam mit den Betreibern vermarkten wir diese Flexibilität der KWK-Anlagen gewinnbringend auf dem Regelenergiemarkt“, erläutert Jochen Schwill, Gründer und Geschäftsführer von Next Kraftwerke. Das Unternehmen, auch 2021 Aussteller auf der EM-Power Europe, betreibt nach eigenen Angaben eines der größten virtuellen Kraftwerke weltweit mit rund 10.000 dezentralen erneuerbaren Erzeugungsanlagen, Speichereinheiten und industriellen Konsumenten. Damit komme das virtuelle Kraftwerk auf eine aggregierte Leistung von mehr als 8.500 MW.

KWK ist wasserstofffähig

Die entscheidenden Technologien der Elektrifizierung und zur Erzeugung von erneuerbarer Energie werden immer kostengünstiger und ermöglichen eine dezentrale Transformation der Stromversorgung. Diese bringt die Dekarbonisierung des Energiesystems deutlich schneller voran als der zeitraubende Ausbau großräumiger Infrastrukturen. Der Betrieb von KWK-Anlagen mit grünem Wasserstoff und die möglichst klimaneutrale Quartierversorgung durch umfassende Sektorkopplung sind auf dem Vormarsch. Die KWK sei wasserstofffähig, verkündete kürzlich der Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (B.KWK). Der Anlagenbetrieb mit Mischgasen mit einer zehnprozentigen Wasserstoffbeimischung im Gasverteilnetz sei für heutige KWK-Anlagen kein Problem. In Brennstoffzellen ist Wasserstoff zu 100 Prozent einsetzbar. Zudem gibt es bereits KWK-Anlagen, die mit reinem Wasserstoff betrieben werden können. 

Wärme und Strom für Wohnungen und Quartiere

Immer mehr Stadtwerke setzen auf eine dezentrale, möglichst klimaneutrale Wärme- und Stromerzeugung von Quartieren mithilfe von KWK. Wie das geht, zeigen etwa die Stadtwerke Haßfurt in Unterfranken: Das kommunale Unternehmen setzt – neben PV und Windkraft – auf die Erzeugung von Wasserstoff über einen Elektrolyseur mit 1,2 MW elektrischer Leistung. Mit Hilfe der Proton Exchange Membrane (PEM) Elektrolyse wird überschüssiger Windstrom in brennbares Wasserstoffgas umgewandelt, das in das örtliche Gasnetz eingespeist (fünf Prozent Beimischung) und bundesweit als ProWindgas (Erdgas-Windgas-Biogas Gemisch) vertrieben wird. Ein wasserstoffbetriebenes Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer elektrischen Leistung von bis zu 200 Kilowatt (kW) dient der Rückverstromung des Wasserstoffs.

Die EM-Power Europe 2021

Die KWK ist eine Voraussetzung, damit Europa bis zum Jahr 2050 die Kohlenstoffneutralität erreicht. Die Technologie steht – wie die Sektorkopplung für Gebäude und Quartiere im Allgemeinen sowie die effiziente Verteilung und Nutzung von Strom und Wärme aus erneuerbarer Energie – im Fokus der EM-Power Europe. Die Teilnehmer der internationalen Fachmesse für Energiemanagement und vernetzte Energielösungen präsentieren technologische Lösungen und Services auf dem Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung. Die Energiefachmesse ist Teil der Innovationsplattform The smarter E Europe, die für die Dezentralisierung, Digitalisierung und Sektorenkopplung steht und sich für eine zukunftsträchtige und nachhaltige Versorgung mit erneuerbarer Energie stark macht. 

Weitere Informationen: www.em-power.eu und www.TheSmarterE.de