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Kraft-Wärme-Kopplung

Abwärme zum Heizen nutzen statt wegwerfen: Ein BHKW kommt mit rund einem Viertel weniger Brennstoff aus — wenn die Wärme gebraucht wird.

1 Einstieg

Abwärme heizt immer noch

Ein Kraftwerk gibt rund die Hälfte seiner Energie als Abwärme ab. Zum Antreiben taugt sie nicht mehr, zum Heizen aber sehr wohl.

Wer beides am selben Ort nutzt, betreibt Kraft-Wärme-Kopplung.

  • Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):Strom und Heizwärme entstehen gemeinsam.
  • Blockheizkraftwerk (BHKW):Die Anlage, die beides zugleich liefert.
  • Standort:Dort, wo geheizt wird — Schule, Schwimmbad, Wohnblock.
2 Erklärung

Der quantitative Vergleich

Bewerten lässt sich die Kopplung nur mit Zahlen.

  • Gleiches Ziel:Beide Wege sollen 35 kWh Strom und 55 kWh Wärme liefern.
  • Weg 1:Getrennt — Kraftwerk für Strom, Heizkessel für Wärme.
  • Weg 2:Gekoppelt — ein BHKW liefert beides zugleich.

Getrennt oder gekoppelt?

Kraftwerk \( \eta = 45\ \% \), Heizkessel \( \eta = 90\ \% \); BHKW \( \eta_{el} = 35\ \% \) und \( \eta_{therm} = 55\ \% \).

1Getrennte Erzeugung: Strom und Wärme werden einzeln erzeugt.\( \dfrac{35\ \mathrm{kWh}}{0{,}45} + \dfrac{55\ \mathrm{kWh}}{0{,}90} = 78\ \mathrm{kWh} + 61\ \mathrm{kWh} = 139\ \mathrm{kWh} \)
2BHKW: Aus einer Brennstoffmenge entstehen beide Produkte zugleich.\( \dfrac{35\ \mathrm{kWh}}{0{,}35} = 100\ \mathrm{kWh} \quad\text{und daraus}\quad 0{,}55 \cdot 100\ \mathrm{kWh} = 55\ \mathrm{kWh}\ \text{Wärme} \)
3Das BHKW deckt beides mit 100 kWh statt 139 kWh.\( 1 - \dfrac{100}{139} \approx 0{,}28 = \underline{28\ \%\ \text{weniger Brennstoff}} \)
4Gesamtnutzungsgrad des BHKW: \( 35\ \% + 55\ \% = 90\ \% \) — gegenüber 45 % beim reinen Kraftwerk.

Kraft-Wärme-Kopplung

Beide Wege liefern dieselbe Menge Strom und Wärme; die Balken zeigen, wie viel Brennstoff jeder Weg dafür braucht.

Vergleich des Brennstoffbedarfs von getrennter Erzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung getrennt: Kraftwerk + Heizkessel 161 kWh Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) 111 kWh eingesparte Primärenergie 31 %
Rechenannahmen Kraftwerk η = 45 %, Heizkessel η = 90 %, BHKW ηel = 35 % und ηtherm = 55 %. Ohne Wärmebedarf lohnt sich die Kopplung nicht.

Wichtig ist der Fall ganz links am unteren Regler: Ohne Wärmebedarf schrumpft der Vorteil auf null, weil der elektrische Wirkungsgrad eines BHKW schlechter ist als der eines großen Kraftwerks. Die Kopplung gewinnt nur, wenn die Wärme wirklich abgenommen wird.

Grenzen physikalisch begründeter Entscheidungen
Die Physik liefert Zahlen, aber keine Wertung
Berechenbar

Wie viel Brennstoff jeder Weg braucht, ist eindeutig bestimmbar.

Ökonomisch

Anschaffungskosten, Brennstoffpreise, Lebensdauer und Wartung entscheiden, ob sich der Bau lohnt.

Gesellschaftlich

Lärm, Platzbedarf und 20 Jahre Bindung an Erdgas sind eine Abwägung, keine Rechnung.

Reflexionsaufgabe: Wie würdest du entscheiden?

Eine Schule prüft den Einbau eines BHKW. Nimm begründet Stellung und stütze deine Wertung auf Zahlen aus dem Applet.

Physikalisch klar: Bei einem Gebäude mit hohem, ganzjährigem Wärmebedarf spart die Kopplung rund ein Viertel bis ein Drittel des Brennstoffs — und damit auch entsprechend CO₂. Der Gesamtnutzungsgrad steigt von etwa 45 % auf etwa 90 %.

Einschränkungen, die man mitdenken muss: Im Sommer fällt der Wärmebedarf einer Schule fast weg, dann läuft das BHKW nur wenige Stunden. Ferienzeiten senken den Nutzen zusätzlich. Ein BHKW verbrennt weiterhin fossiles Erdgas — es macht die vorhandene Technik effizienter, ersetzt sie aber nicht durch eine emissionsfreie.

Fazit-Beispiel: Sinnvoll bei hohem, gleichmäßigem Wärmebedarf (Schwimmbad, Krankenhaus, Wohnblock) und als Übergangslösung. Bei einer Schule mit Sommerpause und geplanter Wärmepumpe kann die Entscheidung anders ausfallen — und das ist dann keine physikalische, sondern eine Abwägung von Kosten, Zeithorizont und Klimazielen.

3 Hinweise

Worauf du achten musst

Nutzungsgrad ≠ Wirkungsgrad

Die 90 % des BHKW zählen Strom und Wärme zusammen. Elektrisch sind es nur etwa 35 %.

Kein Widerspruch zu ηmax

Die Kopplung nutzt die Abwärme weiter, statt sie wegzuwerfen. In Arbeit verwandelt werden weiterhin höchstens \( 1-\tfrac{T_k}{T_h} \).

Wärme braucht Nähe

Strom lässt sich weit transportieren, Wärme kaum. Ein BHKW gehört dorthin, wo geheizt wird.

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