Heizungs-ABC: Was ist innovative Kraft-Wärme-Kopplung (iKWK)? (Teil1)

Wir erklären euch in diesem Blogbeitrag, was innovative Kraft-Wärme-Kopplung, kurz: iKWK, ist und wie sie funktioniert. Von einem iKWK ist die Rede, wenn eine herkömmliche Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK-Anlage), zum Beispiel ein Blockheizkraftwerk (BHKW), mit einer innovativen erneuerbaren Wärmequelle, zum Beispiel einer Solarthermie-Anlage, und einem elektrischen Wärmeerzeuger systemisch verbunden wird. Welche Vorteile das bringt, lest ihr hier.

Die zukünftige Stromversorgung Deutschlands werde Großteils von erneuerbarem Wind- und Photovoltaik-Strom gesichert. Diese seien jedoch vom Wetter abhängig und unterlägen starken Schwankungen (sogenannte Volatilität). Insbesondere in wind- und sonnenarmen Zeiten müsse die Strom- und Wärmeversorgung dann über andere Quellen sichergestellt werden, schreibt die EnergieAgentur.NRW in einem entsprechenden Themenblatt, das ihr hier gratis downloaden könnt. Für eben diese Situation böten innovative Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme (iKWK) eine vielversprechende Lösung.

Komponenten einer iKWK-Anlage

Als Komponenten solcher innovativen KWK-Anlagen nennt die EnergieAgentur.NRW:

• eine herkömmliche KWK-Anlage, zum Beispiel ein Blockheizkraftwerk (BHKW),
• eine Wärmeerzeugungsanlage, die auf erneuerbare Wärmequellen zurückgreift und demzufolge für das “i” wie “innovativ” im Verbundsystem sorgt,
• und einen elektrischen Wärmeerzeuger

Zu den erneuerbaren Wärmequellen zählten demnach Solarthermie, Geothermie (Tiefenwärme) oder mit Hilfe von Wärmepumpen gewonnene Umgebungswärme. Wobei anzumerken ist, dass Wärme aus der Umgebung in Wasser, Luft und Erdoberfläche (Erdwärme) gespeicherte Solarwärme ist. Als elektrischer Wärmeerzeuger könnte laut der EnergieAgentur.NRW zum Beispiel eine Power-to-Heat Anlage (Strom-zu-Wärme-Anlage) installiert werden.

Abbildung 1 stellt ein solches iKWK-System schematisch dar (Quelle: EnergieAgentur.NRW):

Damit die IKWK-Anlage reibungslos und effizient laufe, müssten alle Komponenten zwingend an dasselbe Wärmenetz beziehungsweise Kältenetz angeschlossen sein. Mit Hilfe einer gemeinsamen Steuerungs- und Regelungstechnik sollten sowohl die eingesetzten Brennstoffe als auch die bereitgestellte Wärme sowie die eingesetzte und erzeugte Strommenge überwacht werden.

Vorteile einer iKWK-Anlage

Der EnergieAgentur.NRW zufolge, sei der Anteil an erneuerbaren Energien in den letzten Jahren lediglich im Stromsektor konstant angestiegen. Demgegenüber würden die Anteile an erneuerbaren Energien in den Sektoren Verkehr und Wärme stagnieren. Oder anders ausgedrückt: Während wir mit der Stromwende vorankommen, treten wir bei der Wärmewende und Verkehrswende auf der Stelle. Mit einem Anteil von etwa 50 Prozent am gesamten Endenergieverbrauch besäße aber gerade der Sektor Wärme großes Potenzial zur CO₂-Einsparung: Er könnte mit dem Umstellen der Wärmeversorgung von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien einen wichtigen Anteil an der Wärmewende und damit der Energiewende beitragen.

Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG), das in Deutschland seit 2002 die Einspeisung und Vergütung des Stroms aus Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung regelt, schreibt vor, dass die tatsächliche Einspeisung innovativer erneuerbarer Wärme, die ein iKWK-System erzeugt, innerhalb eines Kalenderjahres mindestens einem Anteil von 30 Prozent an der Referenzwärme des Gesamtsystems entsprechen müsse – womit iKWK für den erneuerbaren Anteil im Sektor Wärme beitragen.

Indem eine iKWK-Anlage die drei genannten Wärmeerzeuger verbinde, könne sie flexibel auf Schwankungen im Stromnetz reagieren. Falle die erzeugte Strommenge kleiner aus, könne der produzierte KWK-Strom zur Netzstabilisierung eingespeist werden. Und wenn die Strommengen zu hoch seien, könne elektrische Wärmeerzeuger zugeschaltet werden und den Strom zur Wärmeproduktion verwenden. Auch so werde die Stabilität des Stromnetzes gewährleistet und die Abregelung von Wind- oder PV-Strom verhindert.

Auf diese Weise trage die iKWK-Anlage nicht nur zur Sektorenkopplung bei, sondern auch zur Erhöhung der Netzstabilität.

Wirtschaftlich von Vorteil sei neben den voraussichtlichen Zusatzerlösen dank flexibler Betriebsweise der gesamten Anlage auch ein möglicher hoher Zuschlag bei der Ausschreibung für iKWK-Systeme seitens der Bundesnetzagentur (BNetzA).

Als konkretes Beispiel führt die EnergieAgentur.NRW eine iKWK-Anlage an, für die Stadtwerke Lippstadt im Jahr 2018 einen Zuschlag innerhalb der ersten Ausschreibungsrunde der BNetzA erhalten hätten. Für die Umsetzung sei eine Frist von 48 Monaten ab Bekanntgabe des Zuschlags vorgesehen. Spätestens ab diesem Zeitpunkt müsse das System den Dauerbetrieb aufgenommen haben, um die volle Auszahlung der Förderzuschläge zu erhalten. In Lippstadt werde demnach das bestehende Blockheizkraftwerk eines Klinikstandorts modernisiert und mit einer Solarthermie-Anlage, einer Wärmepumpe sowie einem Wärmespeicher (zum Thema Wärmespeicher bei iKWK-Anlagen folgt in Kürze noch ein ausführlicher Blogbeitrag) ergänzt. Der größte Teil der gesetzlich geforderten Wärme aus erneuerbaren Energiequellen (mindestens 30 Prozent – siehe oben) werde dort über die Solarthermie im Sommer gedeckt. Die stromgetriebene Wärmepumpe schalte man bedarfsgerecht dazu.

Hintergrundwissen zu den Fördermöglichkeiten

Das von der BNetzA per Ausschreibungsrunden organisierte Förderprogramm biete laut der EnergieAgentur.NRW die Chance, einen innovativen, hocheffizienten Ansatz zu etablieren und durch Zuschlagszahlungen einer wirtschaftlich attraktiven Breitennutzung zuzuführen. Dabei werde zwischen der Ausschreibung für KWK-Anlagen und für iKWK-Anlagen unterschieden. In den Ausschreibungen werde die Höhe der Zuschlagszahlungen für Strom aus neuen oder modernisierten KWK-Anlagen mit einer elektrischen Leistung von mehr als einem bis einschließlich fünfzig Megawatt (KWK-Ausschreibung), sowie von mehr als einem bis einschließlich zehn Megawatt (iKWK-Ausschreibung) auf Basis von Geboten bestimmt.

Titelbild: Doreen Brumme