Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bzw. Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) ist die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie, die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizzwecke (Fernwärme oder Nahwärme) oder für Produktionsprozesse (Prozesswärme) in einem gemeinsamen thermodynamischen Prozess, üblicherweise in einem Heizkraftwerk. Es ist somit die Auskopplung von Nutzwärme insbesondere bei der Stromerzeugung aus Brennstoffen oder geothermischer Wärme. In den meisten Fällen stellen KWK-Kraftwerke Wärme für die Heizung öffentlicher und privater Gebäude bereit, oder sie versorgen als Industriekraftwerk Betriebe mit Prozesswärme (z. B. in der chemischen Industrie). Die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung wird dabei weitestgehend vermieden. Zunehmend an Bedeutung gewinnen kleinere KWK-Anlagen für die Versorgung von Gewerbebetrieben und Wohngebieten, bzw. einzelner Mehr- und sogar Einfamilienhäuser, sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW).
Vorteil der KWK ist der verringerte Brennstoffbedarf für die Strom- und Wärmebereitstellung, wodurch die Schadstoffemissionen stark reduziert werden. Die Gesamtwikungsgrade sind deutlich höher als bei einer reinen Stromerzeugung. Die Förderung durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) soll den Ausbau beschleunigen.
Geothermische Kraftwerke in Deutschland sind grundsätzlich Heizkraftwerke (KWK), wobei die Abnehmerstuktur entscheidet, ob und wie weit die Wärme genutzt (verkauft) werden kann. Bei den in Deutschland üblichen Temperaturen ist die Wärmeleistung etwa zehnmal so groß wie die elektrische Leistung. Für die wirtschaftliche Situation kommt es entscheidend darauf an, dass ausreichende Preise für die Wärme erzielt werden können, was lokal sehr unterschiedlich ist.
Technisch kann die Wärmeauskopplung in ein Geothermiekraftwerk entweder parallel oder sequentiell sein, oder auch eine Mischform. Es ist auch zu entscheiden, ob ein Heizkraftwerk wärmegeführt oder stromgeführt betrieben wird. Viele Begriffe, wie Effizienz oder Eigenstrombedarf müssen für die verschiedenen Ausformungen von KWK-Anlagen differenziert gesehen werden.
Um ein Fernwärmenetz direkt bedienen zu können, sind im Regelfall Thermalwassertemperaturen von rund 75-100°C notwendig. Für die Auskopplung der Wärme aus dem Prozess gibt es prinzipiell vier Möglichkeiten:
Welche Variante eingesetzt wird, hängt vom jeweiligen Kraftwerkskonzept, den Thermalwasser-parametern und der Anforderung des Fernwärmenetzes ab. Bisher wird in Deutschland nur die Variante I. eingesetzt.
Durch den Einsatz von Wärmetransformatoren lassen sich die Temperaturen der Wärmeauskopplung anheben, wobei gleichzeitig die Reinjektionstemperaturen weiter abgesenkt werden. Dies ist so ohne weitere Effizienzverluste möglich.
Gec-co global engineering & consulting: Vorbereitung und Begleitung bei der Erstellung eines Erfahrungsberichts gemäß § 97 Erneuerbare-Energien-Gesetz, Teilvorhaben II b): Geothermie, Zwischenbericht, 2018
Janczik, S., Kock, N., Kaltschmitt, M.: Effizienzsteigerung geothermischer KWK-Anlage. In: Energy 2.0 Kompendium (2011), S. 187-190
Jung R.; Röhling S.; Ochmann N.; Rogge S.; Schellschmidt R.; Schulz R.: Abschätzung des technischen Potenzials der geothermischen Stromerzeugung und der geothermischen Kraft-Wärmekopplung (KWK) in Deutschland. Hannover : BGR, 2002
Kabus, F. : KWK-Anlage und Langzeitwärmespeicher – Pilotprojekt nutzt einen Aquifer. In: ETP-Konferenz „Dezentrale Energieerzeugung“ (2008)
https://de.wikipedia.org/wiki/Kraft-Wärme-Kopplung
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