Blockheizkraftwerke und CO2-Einsparung – wie genau funktioniert das?

In Zeiten von Umwelt- und Klimaschutz gibt es etliche Überlegungen und Möglichkeiten, wie sich Treibhausgas-Emissionen verringern und die CO2-Einsparung erhöhen lassen. Als besonders vielversprechend erweist sich in diesem Zusammenhang die verstärkte Nutzung einer gekoppelten Strom- und Wärmebereitstellung durch KWK-Anlagen. Mit dieser Methode ließe sich eine große Menge an CO2 einsparen.

Wie genau das funktioniert und warum die KWK mit Blockheizkraftwerken wirklich eine besonders gute Methode zur CO2-Einsparung ist, erfahren Sie in diesem Beitrag.

KWK in Deutschland – das ist die Entwicklung der vergangenen Jahre

Die Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK, beschreibt ein energietechnisches System, das (gekoppelt in einer Kraftmaschine) Strom oder mechanische Energie sowie Wärme bereitstellt. Eines dieser Systeme der KWK ist eine Verbrennungskraftmaschine, das Blockheizkraftwerk. Es enthält einen Verbrennungsmotor, dessen Technik seit über einem Jahrhundert stetig weiterentwickelt wird. Somit ist ein Blockheizkraftwerk vollumfänglich erprobt, um eine bestmögliche Effizienz in der Energieerzeugung sowie eine große Umweltentlastung zu erreichen – ein wesentlicher Faktor zur CO2-Einsparung.

Bereits im Jahr 2001, also vor fast 20 Jahren, haben die Bundesregierung und die deutsche Wirtschaft eine Vereinbarung zur Minderung der CO2-Emissionen sowie zur Förderung von KWK getroffen. Ein wichtiger Bestandteil dabei war das Thema „CO2-Einsparung“. Diese wollte man unter anderem durch den Erhalt, die Modernisierung und den Zubau von KWK-Anlagen erreichen. Eine in diesem Rahmen durchgeführte Studie konnte zeigen: Das in der Vereinbarung festgesetzte Zwischenziel einer CO2-Einsparung von 12,7 Mio. Tonnen CO2/Jahr ließe sich bereits bis 2005 erreichen. Und das allein durch die Nutzung von BHKW und KWK.

Generell hat sich die Stromerzeugung aus Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung seit dem Jahr 2003 positiv entwickelt. Von 80 TWh stieg die erzeugte Elektrizität fast stetig auf 118,3 TWh im Jahr 2018. Dieser Zuwachs liegt vor allem im Ausbau der Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung sowie im Zubau der Erdgas-KWK. Wie genau die Entwicklung aussieht, zeigt die folgende Tabelle:

Überblick über den Status Quo: So sieht KWK in der Gegenwart aus

Entscheidenden Einfluss auf die CO2-Einsparung durch die Nutzung von KWK mittels BHKW-Anlage hat der in der KWK eingesetzte Brennstoff. Denn dieser sollte so ressourcenschonend wie möglich zu gewinnen und einzusetzen sein. Hierbei überzeugen Erdgas und erneuerbare Energieträger. Denn im Vergleich zu konventionellen Energieträgern weisen sie erheblich geringere Emissionswerte aus. Somit bildet KWK auf (Erd-)Gasbasis (neben Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft) eine besonders gute Methode zur CO2-Einsparung. Sie produziert höchst effizienten Strom und kann in Zukunft durch den stetig vergrößerten Einsatz erneuerbarer Gase klimaschonender gemacht werden.

Das sollten vor allem Politik und Wirtschaft im Hinterkopf haben. Denn dezentrale Energielösungen wie BHKW sind nicht nur klimaschonend, sondern auch wirtschaftlich, skalierbar und absolut versorgungssicher. Vor allem für Industrieunternehmen bieten sie enorme Chancen, ihre CO2-Einsparung zu maximieren und ihren ökologischen Fußabdruck zu verkleinern.

Darum ist BHKW ein wichtiger Teil der Lösung zur CO2-Einsparung

Gegenüber getrennten Systemen ermöglicht die Nutzung von KWK mittels BHKW-Anlagen eine Einsparung von eingesetzter Energie sowie von CO2-Emissionen. Wie das in der Praxis aussehen kann, zeigt der folgende Vergleich zur Primärenergieeinsparung.

Typische Kessel zur Wärmebereitstellung besitzen Nutzungsgrade zwischen 80% und 95%, Kraftwerke zur Stromerzeugung erreichen 35% bis 60%. KWK-Anlagen hingegen haben Gesamtnutzungsgrade von über 80%. Der Vergleich der beiden Technologien und ihrer CO2-Einsparung hängt dabei nicht nur von den elektrischen und thermischen Wirkungsgraden ab, sondern auch von dem System, mit dem sie verglichen werden.

Die Referenzwirkungsgrade der getrennten Erzeugung sind in der EU-Verordnung 2015/2402 nachzulesen. Das Referenzsystem zur Stromerzeugung ist ein Gas- und Dampfkraftwerk (GuD-Kraftwerk) mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 53%. Zur Wärmebereitstellung wird ein Referenzgaskessel mit einem thermischen Wirkungsgrad von 92% angenommen. Die KWK-Anlage wird durch ein beispielhaftes BHKW-Modul dargestellt. Dieses Modul hat einen elektrischen Wirkungsgrad von 41% und einen thermischen Wirkungsgrad von 47%. Die Primärenergieeinsparung ergibt sich hierbei aus der Differenz der eingesetzten Brennstoffenergien dividiert durch den Brennstoffeinsatz des Referenzsystems. In diesem Best-Case-Beispiel läge die Primärenergie- und damit die CO2-Einsparung bei rund 22%, wie die folgende Abbildung zur besseren Veranschaulichung zeigt:

Warum ist dieser Fall ein Best Case? Die Referenzsysteme sind im realen Mix so nicht gegeben. Im Beispiel stellen Sie einen bestmöglichen Fall der Technik dar. In der Realität gibt jedoch eine Vielzahl von Energieerzeugungsanlagen, die weit unterhalb dieser Referenzwirkungsgrade betrieben werden. Somit ist die Primärenergie- und CO2-Einsparung in der Realität deutlich größer anzunehmen.

So kann die CO2-Einsparung beim BHKW aussehen

Wie die absolute CO2-Einsparung einer beispielhaften BHKW-Anlage aussehen kann, lässt sich aus der folgenden Tabelle ablesen. Diese zeigt eine Anlage mit einer Leistung von 999 kWel und einer angenommenen jährlichen Laufzeit von 5.000 Stunden. Aus den Energiebilanzen ergibt sich eine jährliche Einsparung von 700 Tonnen CO2, was 22,1% entspricht – im Idealfall, zeigen die Werte der Tabelle doch ebenfalls ein Best-Case-Beispiel:

Einen Vergleich von gekoppelter Erzeugung mittels BHKW (inkl. Kessel für Spitzenlasten) mit getrennten Energieerzeugungsanlagen, die mit Kohle- und/oder Öl befeuert werden, zeigt nachfolgende Tabelle:

Generell lässt sich sowohl für den Best Case als auch für die tatsächliche Nutzung von KWK und BHKW in der Praxis sagen, dass die gekoppelte Erzeugung besonders gut geeignet ist, um die CO2-Einsparung zu fördern und die Effizienz zu steigern. Denn auch wenn die Realität nicht mit einem Best-Case-Beispiel gleichzusetzen ist, haben dezentrale Energiekonzepte mit BHKW in Sachen CO2-Einsparung deutlich die Nase vorn.“

CO2-Einsparung: Ein Ausblick in die Zukunft

Geht es um die CO2-Einsparung, so geht es auch um CO2-Bepreisung über die CO2-Steuer. Denn diese steht unter anderem mit dem sogenannten Kohleausstiegsgesetz brandaktuell zur Diskussion. Und das betrifft auch die Betreiber und Erbauer von BHKW-Anlagen. So soll eine Tonne ausgestoßenes CO2 ab dem Jahr 2021 bereits 25 Euro kosten. Bis 2026 soll der Preis nach und nach auf 60 Euro pro Tonne steigen. Doch trotz CO2-Bepreisung sind Blockheizkraftwerke eine sinnvolle Investition. Denn allgemein dienen BHKW-Anlagen dem Ziel der CO2-Einsparung. Allerdings sind sie dabei (noch) nicht ganz klimaneutral, denn der eingesetzte Brennstoff Erdgas ist ein zum größten Teil fossiler Energieträger.

In Zukunft werden dem Erdgasnetz jedoch zunehmend mehr Synthese-Gase und Wasserstoff beigemischt, womit sich dessen Klimabilanz verbessern soll. Somit müssten auch Betreiber solcher Anlagen trotz Nutzung eines ressourcenschonenden Brennstoffes und KWK einen gewissen, im Vergleich zu konventionellen Energiequellen jedoch wesentlich geringeren CO2-Preis zahlen. Wichtig dabei: Der Anlagenbetreiber zahlt diesen Preis nicht direkt, da sich die Bepreisung auf das Inverkehrbringen richtet. Für einen Anlagenbetreiber verteuert sich damit „nur“ der Brennstoff. Unterm Strich wäre ein CO2-Preis also eher Vorteil als Nachteil für den Bereich der KWK in Verbindung mit gasförmigen Brennstoffen.

Trotzdem gilt: Erdgas produziert weitaus weniger CO2 als die konventionellen fossilen Brennstoffe Öl und Kohle. Damit würde eine CO2-Bepreisung weitaus weniger zu Buche schlagen, als bei der Nutzung von Kohle, Öl oder ähnlichem. Und in Sachen CO2-Einsparung ist das sicher der richtige Weg.

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