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Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Die heutige Energieversorgung mit Strom, Wärme und Kälte erfolgt in der Regel auf getrennten Wegen: Strom aus dem öffent­lichen Netz - über­wiegend gespeist aus Groß­kraft­werken -, Wärme durch öl-, gas- oder biomasse­befeuerten Kes­seln, Kälte durch elektrische Kälte­ma­schi­nen.

 

Das Umweltministerium beziffert, in einer in Auftrag gegebenen Studie aus dem Jahr 2014, Zuwachsraten von 3,5%/a und 5%/a für die installierte Klima­kälte­leistung. Dieser Trend, die Gebäude­nutz­fläche zu kühlen, wird sich wohl auch in den nächsten Jahren fort­setzen. Der Energie­bedarf für die Kälte­er­zeu­gung in Deutschland wird mit einem Anteil von rd. 14 % an der Endenergie (Strom) bzw. rd. 6 % Anteil an der Primärenergie ein­geschätzt. Der Bedarf entsteht im Wesent­lichen in der Nahrungs­mittel­branche mit rd. 67 %, im Bereich der Klimatisierung mit rd.

22 % und zu rd. 9 % im Bereich der Industrie­kälte. Zu erwarten ist ein weiterer An­stieg des Energie­bedarfs für Klimatisierung und Küh­lung auch in den kommenden Jah­ren.

 

Die Gründe dafür sind vielfältig: Wesentliche Ein­fluss­fak­toren sind zum einen die konstruktive Bau­weise der Gebäude, die Gebäude­nutzung, steigende interne Lasten sowie gestiegene Komfort­an­sprüche bei gleichzeitig sich verändernden klimatischen Be­din­gun­gen. Zum anderen führt auch der quantitative Zubau von Büro- und Dienstleistungs­gebäuden zu einem Bedarfs­anstieg.

 

Eine Steigerung des Kühl­bedarfs und dessen Deckung durch elektrisch betriebene Kompressions­kälte­maschinen (im kleinen Leistungsbereich sog. Split-Geräte) lässt eine Ver­schär­fung bereits bestehender Probleme in der Energie­versorgung wie z. B. hohe Spit­zen­las­ten im Sommer - die bereits zu Über­lasten in europäischen Strom­netzen geführt haben -, Import­ab­hän­gig­keit beim Brenn­stoff und höhere CO2-Emissionen erwarten.

 

Konstruktive Maßnahmen, passive Kühlung oder andere Niedrigenergie-Kühlkonzepte wie Erdsonden können diesem Trend entgegenwirken und zusätzlichen Bedarf vermeiden bzw. senken. Wer allerdings hohe Kom­fort­an­sprüche an das som­mer­liche Raum­klima stellt, benötigt auch unter deutschen Klima­be­din­gun­gen eine aktive Klimatisierung.

 

Kälteanlagen, die mit thermischer Energie aus KWK-Anlagen wie Blockheizkraftwerken (BHKW), Mikrogasturbinen (MGT) oder ggf. Hochtemperatur-Brennstoffzellen (BZ) angetrieben werden, können der prognostizierten Entwicklung ebenfalls entgegenwirken. Die Nutzung der im Sommer im Allgemeinen vorhandenen Wärme­erzeugungs­kapazitäten zur Kälte­erzeugung trägt zu einer Steigerung der Energie­effizienz bei und kann zu einer verbesserten Wirt­schaft­lich­keit der eingesetzten Er­zeu­gungs­anlage führen. Im Vergleich zu konventionellen Kompressions-Kältemaschinen kann der Einsatz thermisch betriebener Kälteanlagen die CO2-Emissionen mindern.

 

Ein Marktpotential für die Technologie der KWKK-Anlagen findet sich sowohl bei vorwiegend heizungs­orientierten An­wen­dun­gen mit einer Ver­besserung der Wirt­schaft­lich­keit der KWK-Anlage durch die Zusatz­option Küh­lung im Som­mer, als auch bei primär zur Küh­lung dienenden Anlagen wie zum Beispiel in Rechen­zentren. An­wen­dungs­ge­bie­te können weiterhin Objekte wie Hotels, Büro­ge­bäu­de sowie Dienst­leistungs- und Gewerbe­betriebe, Kran­ken­häu­ser und Labore mit größeren Leis­tun­gen ab einigen 100 kW Kälte­leistung sein. Auch An­wen­dun­gen kleinerer Leistungen sind möglich, dort besteht allerdings noch erheblicher Ent­wicklungs­be­darf.

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Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung /KWKK

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