Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist relativ teuer in der Anschaffung, daher ist es notwendig, dass diese Anlagen ausreichend hohe jährliche Betriebsstunden erreichen. Zur Deckung der Raumheizwärme werden vielfach wirtschaftlich unzureichende Betriebszeiten erzielt. Deshalb kann die Wirtschaftlichkeit erhöht werden, wenn mit der Wärme aus KWK Kälte in Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) erzeugt wird. Dies gilt insbesondere auch für die Sommerzeit, in der kaum Heizwärme benötigt wird.

Kühlverfahren, mit denen aus Wärme Kälte erzeugt werden kann, basieren auf der Sorptionstechnik. Sie sind bereits technisch ausgereift. Der wesentliche Unterschied zu den weit verbreiteten Kühlverfahren mit elektrisch/mechanisch arbeitenden Kältemittelverdichtern besteht darin, dass anstelle der mechanischen Verdichtung des Kältemittels ein verfahrenstechnischer Sorptionsprozess, z.B. in einer Absorptionskältemaschine (AKM), eingesetzt wird. Im Gegensatz zur elektrisch/mechanischen Verdichtung wird dieser Prozess auch mit thermischer Verdichtung bezeichnet wird, siehe nachfolgende Abbildung.

Häufig wird in der Praxis davon ausgegangen, dass grundsätzlich durch den Einsatz von Absorptionskälteanlagen, die mit Abwärme von Heizkraftwerken thermisch angetrieben werden im Vergleich zu elektrisch mit Netzstrom angetriebenen Kompressions-Kältemaschinen (KM) Brennstoffenergie eingespart wird. Dies gilt zwar in vielen Anwendungsfällen, jedoch nicht grundsätzlich. Nachfolgende Abbildung zeigt, dass der Brennstoffenergiebedarf einer KWKK-Anlage mit AKM immer dann den Brennstoffenergiebedarf der KM unterschreitet, wenn die Stromausbeute β der KWKK-Anlage im Vergleich zum elektrischen Wirkungsgrad der Verbundnetzes ηref nur um ca. 15% bis 25% niedriger ist. Eine Verschlechterung der Stromausbeute kann durch Steigerung des Brennstoffnutzungsgrades ω nur begrenzt kompensiert werden. Für KWKK-Anlagen typische hohe Brennstoffnutzungsgrade reichen alleine nicht aus, um gegenüber netzstromversorgten KM-Anlagen Brennstoffenergie einzusparen. Es ist zusätzlich eine hohe Stromausbeute erforderlich.

Beachtenswert ist, dass zunehmende Effizienz der Strombereitstellung aus dem Verbundnetz eine höhere Effizienz der KWKK-Anlagen erfordert.

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Michael Brodmann