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

Das steckt hinter der KWKG-Umlage auf der Stromrechnung

Haben Sie sich bei Prüfung der Stromrechnung schon einmal 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 aus als die umstrittene Erneuerbare-Energien-Gesetz-Umlage (EEG-Umlage). Sie macht sich im Strompreis dennoch bemerkbar; 2022 beträgt sie 0,378 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.

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.

Welche Leistungsklassen von KWK-Anlagen gibt es?

Es gibt unterschiedliche Leistungsklassen von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die sich für die private Nutzung anbieten.

• Mikro-KWK-Anlagen: Die elektrische Leistung beträgt zirka 1 kW, die Wärmeleistung in etwa 4 bis 6 kW.
• Mini-KWK-Anlagen: Die elektrische Leistung erreicht zwischen 5 und 10 kW. Die Wärmeleistung bis zu 50 kW.

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

Der Vorteil: Durch die Nutzung der Abwärme nutzen Sie einen sehr großen Anteil der eingesetzten Primärenergie. Dadurch reduzieren Sie Kosten und CO₂-Emissionen.

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 ist im Laufe der letzten Jahre kontinuierlich gestiegen. Wurden im Jahr 2003 noch rund 78 Terawattstunden (TWh) Strom per KWK erzeugt, so waren es im Jahr 2021 schon 117 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.

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 zusätzlichen Heizung 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.

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 für die Heizung 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 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 Wärme- und Stromerzeugung.

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 Bundesumweltamts³:

Richtwerte für Brennstoffausnutzungsgrad

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:

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 Gas- und Ölheizung 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

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 klar, dass der Wärmebedarf im Einfamilienhaus immer weiter zurückgeht: Und zwar durch 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 Kosten 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 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 und geringere CO₂-Emissionen. 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 Statista: KWK-Stromerzeugung

² Focus Online: Strom und Wärme hausgemacht: Für wen lohnen sich die kleinen BHKW?

³ Umweltbundesamt: Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen und -Techniken