Die Versorgungsstruktur der Energiewirtschaft mit elektrischer Energie und Wärme war in der Vergangenheit weitestgehend getrennt. Elektrische Energie wurde in zentralen Kraftwerken über weitverzweigte Transportnetze angeboten. Wärme hingegen dezentral vorzugsweise in Heizkesseln. Dieses Versorgungssystem verschwendet Energie, da die bei der Umwandlung in elektrische Energie anfallenden erheblichen Abwärmeströme ungenutzt bleiben. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) verknüpft effizienzerhöhend die Versorgung mit elektrischer Energie und Wärme unter weitgehender Vermeidung ungenutzter Abwärmeströme. Da Wärme über weite Transportwege nicht effektiv verteilt werden kann, ist ein Wandel zu dezentralen, bedarfsnahen Versorgungsstrukturen notwendig.

Nachfolgende Abbildung erläutert die energetischen Kenngrößen der KWK.

Die zukünftige Energiewirtschaft zielt auf den zunehmenden Einsatz von regenerativen Energien, z.B. Windenergie und solare Strahlungsenergie. Beide sind durch stark schwankende und geringe Leistungsdichte gekennzeichnet. Die auf Grund der geringen Leistungsdichte großflächig verteilten Windenergie- und Photovoltaikanlagen legen die Kombination mit ebenso großflächig verteilten, dezentralen KWK-Anlagen vergleichsweise kleiner Leistung und großer Betriebsflexibilität nahe. Letztere werden notwendig, um die zunehmenden Lücken zwischen Energieangebot und -nachfrage zu schließen, sowie zur Stabilisierung der Transportnetze beizutragen.

Um Energieangebot und -nachfrage in Einklang zu bringen, ist darüber hinaus Energiespeicherung unverzichtbar. Eine Möglichkeit hierzu stellt das System „Power to Gas“ dar, bei dem überschüssige elektrische Energie aus regenerativen Energien in ein Speichergas, Wasserstoff oder Methan, umgewandelt wird, welches mittels Speichern bedarfsgerecht verwendet werden kann. Bei der Verwendung hat unter Beachtung des Exergie-Gebotes eine Rückverstromung auf effektive Weise in Kraft-Wärme-Kopplung zu erfolgen. Ein direkter Einsatz des Speichergases in dem Niedertemperatur-Wärmemarkt verstößt gegen das Exergie-Gebot und muss deshalb verworfen werden.

Kraft-Wärme-Kopplung stellt somit einen unverzichtbaren Baustein in der zukünftigen Energieversorgung dar. Dabei muss auf hohe exergetische Effektivität, d.h. hohe Stromausbeute, der KWK-Anlage geachtet werden. Eine hohe Brennstoffenergieausnutzung alleine ist nicht ausreichend.

Nachfolgende Abbildung verdeutlicht dies mit der erzielbaren Brennstoffenergie-einsparung durch die Kraft-Wärme-Kopplung in Abhängigkeit von Stromausbeute β und Brennstoffausnutzungsgrad ω.