Name

Melden Sie sich jetzt an!

Auftaktveranstaltung & Workshop 

25. August 2020

mehr...

Name

Kraft-Wärme-Kopplung: Neue Optionen für NRW

Die hocheffiziente und flexible Energiebereitstellung ist die Voraussetzung für ein klimaneutrales Versorgungssystem mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien.

Flexible Konzepte zur kombinierten Erzeugung von Strom, Wärme und Kälte sind für das gemeinsame CO2-Minderungsziel von Politik, Wissenschaft und Industrie von zentraler Bedeutung. Denn gegenüber der getrennten Energieerzeugung wird dabei Primärenergie und somit CO2 eingespart.

Diese Konzepte werden als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) bezeichnet. Dazu gehören sowohl zentrale Versorgungssysteme, wie Kraftwerke mit Wärme- oder Dampf-Auskopplung, als auch dezentrale Versorgungssysteme, wie Blockheizkraftwerke und Mikro-KWK-Anlagen für Haushalte.

  • Das KWK-Prinzip

    Durch die gekoppelte Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie wird die Primärenergie bei der KWK hocheffizient genutzt. So können bei der reinen Strombereitstellung Brennstoffnutzungsgrade von über 60 % erzielt werden. Durch die zusätzliche Nutzung der anfallenden Wärme kann die Effizeinz weiter gestiegert und ein Brennstoffnutzungsgrad von über 90 % erreicht werden.


    KWK trägt so dazu bei, Ressourcen zu schonen und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Neben den energetischen Vorteilen bieten KWK-Systeme auch die Möglichkeit, durch flexible Betriebsweisen auf externe Lastanforderungen zu reagieren. Durch die Regelbarkeit der Systeme leisten sie einen Beitrag zur Netzstabilität und zur Integrtaion der Erneuerbaren Energien.

  • Name
  • KWK-Systeme

    Zu den KWK-Technologien zählen neben Verbrennungs-, Dampf- und Stirling-Motoren, Gas- und Dampfturbinen auch Brennstoffzellen. Aufgrund der technologischen Vielfalt können unterschiedlichste Brennstoffe zur KWK eingesetzt werden: Erdgas, Kohle, Heizöl, Flüssiggas, Klärgas, Deponiegas, Kokereigas und Restgase aus Produktionsanlagen. Auch nachwachsende Rohstoffe, wie Biogas oder Biomasse, und synthetische Brennstoffe, die mit Hilfe von Wind- oder Solarstrom erzeugt werden, können in KWK genutzt werden.


  • Name
  • Das Leistungsspektrum der KWK reicht von Heizkraftwerken mit mehreren Megawatt elektrischer Leistung über den mittleren Leistungsbereich der Blockheizkraftwerke (BHKW) bis hin zu Mikro-KWK mit 1 kW elektrischer Leistung. Entsprechend vielfältig sind die Anwendungsgebiete: häusliche und gewerbliche Energieversorgung, Bereitstellung von Prozesswärme für die Industrie, Fernwärmenetze. KWK kommt in dezentralen und zentralen Versorgungssystemen zum Einsatz. Moderne KWK-Systeme sind flexibel regelbar, sodass sie besonders für den Einsatz in Smart Grids geeignet sind. Einen vielversprechenden Ansatz stellt hier die Vernetzung und bedarfsgerechte Steuerung von dezentralen KWK-Anlagen in virtuellen Kraftwerken dar. Auf diese Weise kann eine Flexibilisierung des Versorgungssystems erzielt werden, die eine kurzfristige Reaktion auf die schwankenden Angebots- und Nachfragesituationen im Energiesystem und den Netzen ermöglicht. 

  • Name

Motivation und Herausforderungen

Eine der großen Herausforderungen der Energiewende ist der Übergang von dem bestehenden Energieversorgungssystem zu einer klimafreundlichen, hocheffizienten und zugleich sicheren und bezahlbaren Energieversorgung.

Der erforderliche Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien wird mittelfristig dazu führen, dass das zeitliche und örtliche Stromangebot nicht zur Nachfrage passt. Das zukünftige Energieversorgungssystem muss daher flexibel gestaltet werden. Zunehmend werden Energiemanagementoptionen und Speicherkapazitäten benötigt, welche besonders umweltfreundlich durch KWK erbracht werden können.

Ein flexibler Betrieb von KWK-Anlagen, der sich am Stromnetz orientiert, hat jedoch eine Fluktuation der bereitgestellten Wärme zur Folge. In wieweit KWK-Anlagen in Kombination mit Wärmespeichern in NRW als Regelmöglichkeit der Residuallast dienen können, stellt eine zentrale Frage beim Ausbau der KWK dar. Hier muss ein Optimum zwischen flexibler Stromeinspeisung und zuverlässiger Wärmebereitstellung gefunden werden.

  • Das VI | KWK.NRW

    Das Virtuelle Institut | KWK.NRW verbindet die in NRW vorhandenen KWK-Kompetenzen und bündelt die techische und wissenschaftliche Expertise. Der Begriff „virtuell“ meint, dass keine neuen personellen oder materiellen Strukturen aufgebaut werden, sondern dass die bestehende Forschungsinfrastruktur in NRW themenspezifisch effizient zusammenarbeiten.

  • Name
  • Name
  • Initiatoren und Partner

    Um die vielfältigen Aufgaben zum Thema KWK wissenschaftlich zu bearbeiten, haben sich verschiedene Institute aus NRW zusammengetan.

    Initiatoren des Virtuellen Instituts | KWK.NRW sind das Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) als Koordinator und der Lehrstuhl Energietechnik (LET) sowie der Lehrstuhl Umweltverfahrens- und Anlagentechnik (LUAT) der Universität Duisburg-Essen. Seit der zweiten Projektphase 2016 ist das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) ebenfalls Partner im Virtuellen Institut | KWK.NRW. 2019 ist der Lehrstuhl für Energiewirtschaft (EWL) der Universität Duisburg-Essen dem Forschungsverbund beigetreten.

Name