KWK
Allgemein
Unter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) versteht man eine Anlage die gleichzeitig Wärme und Strom - also Kraft - erzeugt.
Geschieht dies in einer kompakten Anlage und nicht in einem Heizkraftwerk, so handelt es sich dabei um ein Blockheizkraftwerk (BHKW).
BHKW mit Diesel-, Gas- oder Biogasmotor
Bei einem BHKW treibt ein Verbrennungsmotor einen Generator an, der elektrische Energie erzeugt. Die Verteilung liegt bei 2/3 thermische Wärme und 1/3 Strom.
Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz der KWK ist der gleichzeitige Bedarf an Strom und Wärme.
Brennstoffzelle
Eine weitere Variante der Kraft-Wärme-Kopplung ist das Brennstoffzellen-BHKW oder wie von Vaillant genannt Brennstoffzellen-Heizgerät.
Beispielhaft soll hier kurz ein Blick an Hand des Prototyps der Fa. Vaillant das Brennstoffzellen-Heizgerät (BZH) vorgestellt werden.
Das BZH arbeitet ebenfalls nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung.
Bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 35% - 40% und einem Gesamtwirkungsgrad von über 80% kann mit dem BZH Kraft-Wärme-Kopplung in nahezu idealer Weise in Einzelobjekten realisiert werden. Wärme-Verteilungsverluste sind vermieden, Strom-Verteilungsverluste weitgehend reduziert.
Das Vaillant BZH geht einen Schritt weiter und erzeugt unmittelbar in den Gebäuden Strom und Wärme im Koppelprozess und ist damit für nahezu jedes Gebäude mit Gasversorgung geeignet. Die Brennstoffzelle kann - integriert in ein BZH - den Löwenanteil des Wärme- und Strombedarfes eines Objektes decken. Den Wärmemehrbedarf an besonders kalten Tagen deckt ein integrierter konventioneller Brenner. Bei der Stromerzeugung wird die Abwärme der Brennstoffzelle für die Gebäudeheizung und für die Warmwasserbereitung genutzt. Der Leistungsbereich liegt zwischen 10 bis 50 kW.
Da es aufgrund des üblicherweise stark schwankenden, in den Kurzzeitspitzen sehr hohen Strombedarfes und zumindest in den ersten Jahren zu erwartenden hohen Kosten eines Brennstoffzellensystems wenig Sinn macht, die Zellen an der Bedarfsspitze auszulegen oder aufwendige Batteriespeicher zu installieren, ist der Betrieb parallel zum bestehenden Stromnetz die wirtschaftlichste Alternative.
Funktionsweise der Brennstoffzelle
Das Kernstück des Vaillant Brennstoffzellen-Heizgerätes ist die PEM-Zelle (Proton Exchange Membran, protonenleitende Elektrolytmembran-Zelle), in der elektrochemisch Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 zu reinem Wasser H2O reagieren.
An der Anode gibt der Wasserstoff seine Elektronen ab, durchdringt die Elektrolytmembran und reagiert auf der Kathodenseite mit dem Sauerstoff zu Wasser. Bei dieser still ablaufenden Reaktion werden Elektronen ausgetauscht. Die Elektrolytmembran ist nur für die Wasserstoff-Protonen H+ durchlässig und zwingt so die Elektronen, den Umweg über den Stromkreislauf zu nehmen: Strom fließt. Gleichzeitig wird Wärme frei, die vorteilhaft zur Brauchwassererwärmung und zu Heizzwecken genutzt werden kann
