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Die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus: Vielversprechende Zukunftstechnologie?

Die Kraft-Wärme-Kopplung sorgt dafür, dass die eingesetzte Energie gleichzeitig in elektrische Energie und nutzbare Wärme umgewandelt wird. Besonders wirtschaftlich und interessant ist das Prinzip in der Industrie und größeren Gebäuden. Doch eignet sie sich auf für Einfamilienhäuser?

Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus

Inhaltsverzeichnis

  1. Das steckt hinter der KWKG-Umlage auf der Stromrechnung
  2. Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus: Wie funktioniert das?
  3. Lohnt sich die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus?
  4. Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei der Kraft-Wärme-Kopplung?
  5. Fördermodelle für die Kraft-Wärme-Kopplung
  6. Vor- und Nachteile der Kraft-Wärme-Kopplung im Überblick
  7. Die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus: Ein Blick in die Zukunft

Das steckt hinter der KWKG-Umlage auf der Stromrechnung

Haben Sie sich bei Prüfung der Stromrechnung schon mal gefragt, was es mit der Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz-Umlage (KWKG-Umlage) auf sich hat? Das Prinzip dahinter: Der Staat möchte besonders umweltfreundliche Technologien fördern und erhebt daher einen Aufschlag auf den Strompreis.

Die unscheinbare und für den Laien auf den ersten Blick wenig aussagekräftige Umlage fällt deutlich geringer als die umstrittene Erneuerbare-Energien-Gesetz-Umlage (EEG-Umlage) aus. Sie macht sich im Strompreis dennoch bemerkbar und kostete Sie 2018 0,345 Cent pro kWh.

Gesetzliche Grundlage für diesen Aufschlag ist das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz, das seit 2002 die Einspeisung und Vergütung des Stroms aus KWK-Anlagen regelt. Die KWKG-Umlage müssen Sie zahlen, wenn Sie einen Verbrauch unter 1 Million kWh pro Jahr haben. Der genaue Betrag wird jedes Jahr auf Basis der per KWK erzeugten Energie neu berechnet.

Der folgende Überblick zeigt, wie sich die KWKG-Umlage im Laufe der letzten Jahre verändert hat:

Wie aus den Zahlen hervorgeht, hat die KWKG-Umlage im Jahr 2016 ihren vorläufigen Höhepunkt erreicht und ist anschließend wieder leicht gesunken.

Doch was verbirgt sich eigentlich genau hinter der Kraft-Wärme-Kopplung? In unserem Ratgeber gehen wir nicht nur dieser Frage auf den Grund, sondern bewerten auch die Eignung der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus, die Kosten und den Wirkungsgrad von KWK-Anlagen.

Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus: Wie funktioniert das?

Erklärung Kraft-Wärme-Kopplung

  • Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird die eingesetzte Energie gleichzeitig in elektrische Energie und nutzbare Wärmeenergie umgewandelt.
  • So nutzt eine KWK-Anlage beispielsweise Brennstoffe wie Gas, Diesel oder Biomasse durch einen thermodynamischen Verbrennungsprozess zur Erzeugung elektrischer Energie.
  • Die dabei anfallende Abwärme kann für die Beheizung eines Gebäudes genutzt werden.

Der Vorteil: Durch die Nutzung der Abwärme wird ein sehr großer Anteil der eingesetzten Primärenergie genutzt. Dadurch werden nicht nur Kosten, sondern auch CO2-Emissionen reduziert.

Kraft-Wärme-Kopplung ist in der Industrie und im Kraftwerksbau schon weit verbreitet: In großen Dampfkraftwerken wird die entstehende Abwärme wenn möglich in ein Fernwärmenetz eingespeist. Dieses Fernwärmenetz versorgt eine Vielzahl an Endverbrauchern mit Wärme in ihrem Zuhause.

Die Möglichkeiten der Kraft-Wärme-Kopplung gehen weit über die Abwärmenutzung in Großkraftwerken hinaus. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die gebräuchlichsten technischen Typen von KWK-Anlagen:

  • Gas-und-Dampf-Kraftwerk
    • Gegendruckturbine
    • Entnahme-Kondensationsturbine
  • Dampfkraftwerk
    • Gegendruckturbine
    • Entnahme-Kondensationsturbine
  • Gasturbine mit Abhitzenutzung
  • Blockheizkraftwerk (BHKW)
    • BHKW mit Gasmotor
    • BHKW mit Dieselmotor
  • Brennstoffzelle

Die Stromerzeugung aus KWK-Anlagen konnte durch die Förderung im Rahmen des KWK-Gesetzes im Laufe der letzten Jahre kontinuierlich gesteigert werden. Wurden im Jahr 2003 noch rund 78 Terawattstunden (TWh) Strom per KWK erzeugt, so waren es im Jahr 2016 schon 117,2 TWh1. Schaut man sich die dabei genutzten Energieträger genauer an, so zeigt sich, dass vor allem Gas und Biomasse zur Erzeugung von KWK-Strom genutzt wurden. Die Nutzung der Abwärme bietet sich bei Gas besonders an, da die Abwärme hier auf einem hohen Temperaturniveau bereitgestellt wird.

Für industrielle Anwendungen sind vor allem Blockheizkraftwerke interessant: Dabei handelt es sich um modular aufgebaute Anlagen, die mithilfe eines Verbrennungsmotors oder einer Gasturbine elektrische Energie und nutzbare Wärme erzeugen. Das Blockheizkraftwerk ist vor allem bei einem hohen Wärmebedarf interessant. Die entstehende Wärme kann in diesem Fall direkt am Aufstellungsort des BHKW genutzt werden.

Doch auch öffentliche Einrichtungen mit einem hohen, möglichst konstanten Wärmebedarf können sich die Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung zunutze machen: Krankenhäuser oder Schwimmbäder benötigen beispielsweise fast rund um die Uhr Wärme und können ein Blockheizkraftwerk daher sehr wirtschaftlich betreiben.

Doch wie sieht es mit der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus aus? Kann auch ich als Endverbraucher von den Vorteilen der KWK-Technik profitieren? Grundsätzlich lässt sich diese Frage mit „Ja“ beantworten. Wurden vor einigen Jahren ausschließlich große Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 3 bis 5 kW vertrieben, so drängen aktuell immer mehr Anbieter mit Kleinanlagen zwischen 0,5 und 2 kW auf den Markt. Diese eignen sich in Kombination mit einer Zusatzheizung durchaus für ein Einfamilienhaus. Die Wirtschaftlichkeit eines BHKW ist jedoch in den meisten Fällen geringer als bei einer herkömmlichen Heizung.

Lohnt sich die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus?

Technisch ist es problemlos möglich, das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung auch in einem Einfamilienhaus zu nutzen. Sogenannte Mikro-BHKW mit einer elektrischen Nennleistung von bis zu 1.000 Watt basieren häufig auf einem Verbrennungsmotor, einem Stirlingmotor oder einer Brennstoffzelle.

Praxistipp

  • Der große Vorteil eines Blockheizkraftwerks mit Kraft-Wärme-Kopplung im Vergleich zur herkömmlichen Gasheizung ist, dass Sie mit der Anlage auch gleichzeitig Strom für den Eigenbedarf erzeugen.
  • Gerade in Anbetracht der stetig steigenden Strompreise wird das Mikro-BHKW daher auch für Eigenheimbesitzer immer attraktiver.
  • Bei genauerem Hinsehen zeigt sich allerdings, dass die Ersparnisse durch Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus häufig in einem ungünstigen Verhältnis zur Höhe der Investition stehen.
  • Nicht nur die Investitionskosten liegen mit etwa 10.000 bis 20.000 Euro höher als bei den üblichen Brennwertkesseln.
  • Auch die Wartung und Instandhaltung schlägt aufgrund der vergleichsweise komplexen Anlagentechnik teurer zu Buche als bei einem Öl- oder Gaskessel*.

BHKW werden in der Regel wärmegeführt betrieben. Das bedeutet, dass die Anlage nur dann eingeschaltet wird, wenn gleichzeitig auch ein Abnehmer für die produzierte Wärme bereitsteht. Andernfalls müsste die Wärme per Kühlung oder per Abgabe an die Umgebung abgeleitet werden, wodurch weitere Kosten entstehen.

Der Wärmebedarf in einem Einfamilienhaus setzt sich im Wesentlichen aus dem Bedarf zur Warmwasserbereitung und dem Heizungsbedarf des Gebäudes zusammen. Eine Möglichkeit zur Entkopplung von Wärmeerzeugung und -bedarf besteht darin, einen Pufferspeicher in das System zu integrieren und die erzeugte Wärme so lange vorzuhalten, bis Sie sie benötigen.

Betriebsstunden sind ausschlaggebend

Knackpunkt bei der Wirtschaftlichkeit ist die Zahl der Betriebsstunden pro Jahr. Damit Sie Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus wirtschaftlich einsetzen, sollte das Mikro-BHKW mindestens 3.500 bis 5.000 Stunden pro Jahr in Betrieb sein. Einfamilienhäuser erreichen aufgrund des schwankenden und witterungsabhängigen Wärmebedarfs aber in der Regel eine geringere Betriebszeit.

Kleine BHKW mit einer Leistung von bis zu 1.000 Watt lohnen sich daher trotz Fördermaßnahmen und Einspeisevergütung meist nicht, heißt es in einer Studie im Auftrag des Umweltministeriums. Im Vergleich zu anderen Heizungssystemen ist die Technologie aber durchaus wettbewerbsfähig.

Anders sieht es bei Mehrfamilienhäusern oder ganzen Wohnsiedlungen aus: Durch einen konstanten Wärmebedarf lassen sich hier häufig die notwendigen Betriebszeiten erreichen, wodurch die Rentabilität bei größeren Blockheizkraftwerken deutlich positiver aussieht.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei der Kraft-Wärme-Kopplung?

Der Wirkungsgrad einer KWK-Anlage hängt von einer Vielzahl an Faktoren ab. Dabei ist zunächst zu berücksichtigen, dass es sich bei dem Wirkungsgrad der Kraft-Wärme-Kopplung aufgrund der gleichzeitigen Bereitstellung von Wärme und Strom nicht um einen Wirkungsgrad im herkömmlichen Sinne handelt – sondern vielmehr um einen "Brennstoffausnutzungsgrad".

Das bedeutet, dass die Menge an tatsächlich genutzter Energie (Strom oder Wärme) ins Verhältnis zur aufgewendeten Primärenergie (zum Beispiel fossile Brennstoffe) gesetzt wird. Diese Kennzahl eignet sich also nicht zum Vergleich der KWK-Technik mit einer herkömmlichen Strom- oder Wärmeerzeugung.

Der Brennstoffausnutzungsgrad hängt wiederum von der genutzten Technologie ab und muss daher immer im Einzelfall betrachtet werden. Im Folgenden finden Sie für die unterschiedlichen Typen von KWK-Anlagen einige Richtwerte des Bundesumweltamts2:

Richtwerte für Brennstoffausnutzungsgrad

Art der Kraft-Wärme-Kopplung Brennstoffausnutzungsgrad
Gas-und-Dampf-Kraftwerk
- Gegendruckturbine
0,80 bis 0,90
- Entnahme-Kondensationsturbine
0,60 bis 0,75
Dampfkraftwerk
- Gegendruckturbine
0,82 bis 0,90
- Entnahme-Kondensationsturbine
0,55 bis 0,75
Gasturbine mit Abhitzenutzung
0,70 bis 0,85
Blockheizkraftwerk (BHKW)
- BHKW mit Gasmotor
0,80 bis 0,95
- BHKW mit Dieselmotor
0,85 bis 0,98
Brennstoffzelle
0,75 bis 0,83

Elektrischer Nettowirkungsgrad

Neben dem Brennstoffausnutzungsgrad ist – je nach Einsatzzweck – auch der elektrische Nettowirkungsgrad interessant. Der elektrische Nettowirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der eingesetzten Primärenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Er ist vor allem deswegen interessant, weil elektrische Energie aus thermodynamischer Sicht eine sehr viel "hochwertigere" Energieform als Wärme darstellt. Auch hier hat das Bundesumweltamt einige Richtwerte zusammengestellt:

Art der Kraft-Wärme-Kopplung Elektrischer Nettowirkungsgrad
Gas-und-Dampf-Kraftwerk
- Gegendruckturbine
0,40 bis 0,50
- Entnahme-Kondensationsturbine
0,35 bis 0,52
Dampfkraftwerk
- Gegendruckturbine
0,44 bis 0,52
- Entnahme-Kondensationsturbine
0,36 bis 0,40
Gasturbine mit Abhitzenutzung
0,35 bis 0,40
Blockheizkraftwerk (BHKW)
- BHKW mit Gasmotor
0,25 bis 0,35
- BHKW mit Dieselmotor
0,40 bis 0,45
Brennstoffzelle
0,40 bis 0,60

Fördermodelle für die Kraft-Wärme-Kopplung

Das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz sieht zur Förderung der KWK-Technologie einen Fördermechanismus vor. Dieser macht sich bei Privatverbrauchern vor allem in Form von Zuschlägen auf den Strompreis bemerkbar. Wer in seinem Eigenheim eine Anlage mit einer elektrischen Nennleistung von bis zu 50 kW betreibt, darf sich zehn Jahre lang auf einen Zuschlag von aktuell 5,1 Cent pro kWh erzeugter elektrischer Energie freuen – unabhängig davon, ob Sie diese ins Netz einspeisen oder selbst verbrauchen. Speisen Sie den erzeugten Strom ins öffentliche Netz ein, kommt sogar noch eine Einspeisevergütung obendrauf. Die Höhe dieser Vergütung richtet sich nach dem aktuellen Preis an der Strombörse EEX.

Darüber hinaus zahlt der Netzbetreiber dem KWK-Betreiber eine Vergütung für "vermiedene Netznutzungsentgelte". Damit bedankt er sich dafür, dass der dezentral erzeugte KWK-Strom die Netze nicht belastet.

Vor- und Nachteile der Kraft-Wärme-Kopplung im Überblick

Die Kraft-Wärme-Kopplung ist eine Technologie, die vor allem im industriellen und gewerblichen Bereich sowie in der Kraftwerkstechnik hocheffizient, umweltfreundlich und wirtschaftlich ist. Bei der Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus sieht die Rechnung leider aktuell etwas schlechter aus. Dennoch hat die Technologie auch hier ihre Daseinsberechtigung und weist vor allem im Vergleich zu konventionellen Technologien wie der Ölheizung oder dem Gaskessel Vorteile auf. Um Ihnen eine Entscheidungsgrundlage an die Hand zu geben, haben wir im Folgenden die wesentlichen Vor- und Nachteile der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus gegenübergestellt:

Vor- und Nachteile der Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus

Pro

  • Hoher Brennstoffausnutzungsgrad von bis zu 98% bei Nutzung eines Diesel-BHKWs
  • 30 bis 40% geringere Energiekosten
  • Umweltfreundlich: Die KWK-Technologie soll in Deutschland im Jahr 2020 rund 70 Millionen Tonnen CO2 einsparen
  • Staatliche Fördermodelle können genutzt werden

Contra

  • Geringe Wirtschaftlichkeit bei Betriebszeiten unter 3.000 Stunden pro Jahr
  • Hohe Investitionskosten
  • Hoher Aufwand für Betrieb und Instandhaltung der KWK-Anlage
  • Muss in der Regel mit einer konventionellen Technik zur Spitzenlastdeckung kombiniert werden

Die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus: Ein Blick in die Zukunft

Werfen wir einen Blick in die Zukunft der KWK-Technologie, so zeigen sich im Wesentlichen zwei gegenläufige Entwicklungen: Zum einen ist abzusehen, dass der Wärmebedarf im Einfamilienhaus immer weiter zurückgehen wird: Und zwar durch immer strengere Bauvorschriften und eine schrittweise Sanierung des Gebäudebestands. Das bedeutet, dass auch die für die Wirtschaftlichkeit so wichtige Betriebszeit des Blockheizkraftwerks geringer ausfallen wird. Zum anderen werden die Investitionskosten für die Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus aufgrund der technischen Entwicklung und der steigenden Absatzzahlen weiter zurückgehen. Die Zukunft des Mikro-BHKW ist im privaten Bereich daher ungewiss.

Fest steht aber: Für industrielle Unternehmen, gewerbliche Abnehmer wie Krankenhäuser oder Schwimmbäder oder ganze Wohnsiedlungen bietet die Technologie weitreichende Vorteile wie eine hohe Wirtschaftlichkeit, geringere CO2-Emissionen und attraktive Fördermodelle. Dass die Kraft-Wärme-Kopplung auch in Zukunft weiterentwickelt wird und Sie auf Ihrer Stromrechnung weiterhin die KWKG-Abgabe finden werden, ist daher sehr wahrscheinlich.

1 Umweltbundesamt: KWK-Stromerzeugung

* Focus Online: Strom und Wärme hausgemacht: Für wen lohnen sich die kleinen BHKW?

2 Umweltbundesamt: Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen und -Techniken

Andreas Wurm

Über den Autor
Andreas Wurm absolvierte seinen Bachelor of Science in Maschinenbau an der RWTH Aachen University und schloss einen Master in Energietechnik (Spezialisierung Erneuerbare Energien) an derselben Universität an. Nach seinem Studium war er von 2014 bis 2016 Projektingenieur in der Branche Heizungs- und Klimatechnik.

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