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Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

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Akronym: KWKK

Definition: die gekoppelte Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Kälte

Kategorien: Energieeffizienz, Grundbegriffe, Kraftmaschinen und Kraftwerke, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 14.08.2011; letzte Änderung: 16.11.2014

Unter Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung versteht man die gekoppelte Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Kälte; es wird ein Totalenergieverbund realisiert. Die dafür verwendete Anlage ist ein Blockheizkraftwerk, bei dem die Abwärme des Motors (z. B. aus dem Abgas und dem Kühlkreislauf eines Gas- oder Dieselmotors) zumindest zu gewissen Zeiten für den Betrieb einer Absorptionskältemaschine verwendet wird. Letztere kann z. B. zur Klimatisierung von Gebäuden verwendet werden. Anstelle eines relativ kleinen Blockheizkraftwerks kann auch ein größeres Heizkraftwerk (z. B. mit einer Dampfturbine oder Gasturbine) mit entsprechend leistungsfähigen Kälteanlagen kombiniert werden. Die erzeugte Wärme und Kälte können ggf. als Fernwärme bzw. Fernkälte zum Ort des Verbrauchs gebracht werden.

Natürlich ist es möglich, in der kalten Jahreszeit die erzeugte Wärme direkt zu nutzen anstatt für den Betrieb der Absorptionskältemaschine. Ebenfalls kann im Sommer ein Teil der Wärme für die Warmwasserbereitung ausgekoppelt werden, während ein anderer Teil die Kältemaschine speist.

Im Prinzip könnte auch die Abwärme der Kältemaschine genutzt werden; jedoch ist dies kaum praktikabel, da diese Abwärme auf einem für die Nutzung meist zu niedrigen Temperaturniveau anfällt. Deswegen wird diese Niedertemperaturwärme eher über Kühlwasser oder Abluft an die Umwelt abgegeben. Trotzdem kann die Energieeffizienz solcher Anlagen höher sein als beim Betrieb separater elektrisch angetriebener Kompressionswärmepumpen. Dies ist allerdings nicht zwangsläufig der Fall, je nach dem Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerks und der Art der Stromerzeugung in einem externen Kraftwerk.

Betriebswirtschaftlich ist bei der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung neben der hohen Energieeffizienz auch der Aspekt interessant, dass dieser Ansatz häufig eine höhere Zahl jährlicher Betriebsstunden des Blockheizkraftwerks ermöglicht, also eine bessere Ausnutzung des investierten Kapitals. Ohne die Kälteerzeugung würde im Sommer häufig nur ein relativ kleiner Bedarf für die Warmwasserbereitung gedeckt werden und entsprechend wenig elektrische Energie erzeugt.

Der Einsatz von Wärme- und/oder Kältespeichern (Pufferspeichern, meist in Form von Heiß- bzw. Kaltwasserspeichern) ermöglicht eine bessere Anpassung an den Wärme- und Kältebedarf und die Bereitstellung höherer thermischer Spitzenlasten. Damit ist es auch möglich, die Stromerzeugung unabhängig vom momentanen Wärme- und Kältebedarf bevorzugt in Spitzenlastzeiten durchzuführen, was wiederum energiewirtschaftlich und betriebswirtschaftlich günstig ist.

Die Planung einer Anlage zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ist noch etwas komplexer als bei der Kraft-Wärme-Kopplung. Eine genaue Analyse des Bedarfs an elektrischer Energie, Wärme und Kälte inklusive der zeitlichen Schwankungen und der Temperaturniveaus ist Voraussetzung für optimale Effizienz und Rentabilität, da nur auf dieser Basis die sinnvolle elektrische Leistung und die optimalen Speichergrößen ermittelt werden können. Ebenfalls von Bedeutung sind Stromtarife und Programme für Fördergelder.

Siehe auch: Kraft-Wärme-Kopplung, Wärme, Kälte, Fernkälte, Kältemaschine, Klimaanlage, Blockheizkraftwerk, elektrische Energie
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Grundbegriffe, Kraftmaschinen und Kraftwerke, Wärme und Kälte

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