Entwicklungen, Herausforderungen und Perspektiven für die Wärmewende
Sinkende Vollbenutzungsstunden, volatile Strompreise und der Ausbau erneuerbarer Energien verändern die Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) grundlegend. Gleichzeitig wächst ihre Bedeutung für Versorgungssicherheit und flexible Wärmesysteme.
Welche Herausforderungen und Chancen sich daraus ergeben, zeigte Tobias Berg beim Netzwerktreffen „Desteaming und KWK“ des EnBW-Netzwerks Energieeffizienz und Klimaschutz am 20. Mai 2026. Im Mittelpunkt standen aktuelle Entwicklungen rund um die Marktintegration, die Systemflexibilisierung und die zukünftige Rolle klimaneutraler Brennstoffe.
Forschung und Praxis gemeinsam denken
Das Institut für Energietechnik IfE GmbH begleitet Unternehmen, Kommunen und Versorger bei der Entwicklung nachhaltiger Energielösungen und arbeitet dabei eng mit dem Kompetenzzentrum für Kraft-Wärme-Kopplung (KoKWK) in Amberg zusammen.
Aus dem Zusammenspiel von angewandter Forschung und praktischer Umsetzung entstehen Lösungsansätze, die im Rahmen des Fachvortrags vorgestellt und anhand konkreter Praxisbeispiele eingeordnet wurden.
KWK zwischen Strommarkt und Flexibilität
Die Entwicklung der Börsenstrompreise zeigt deutlich, wie stark sich die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen verändert haben. Insbesondere bei hoher Einspeisung erneuerbarer Energien treten zunehmend Phasen sehr niedriger oder sogar negativer Strompreise auf.
Dadurch verändert sich auch der wirtschaftliche Betrieb von KWK-Anlagen. Da die Stromgestehungskosten – insbesondere bei CO2-neutralen Brennstoffen – über denen von Wind- und Photovoltaikanlagen liegen, verschiebt sich der wirtschaftliche Einsatz zunehmend in Zeiten geringer erneuerbarer Einspeisung und hoher Strompreise.
Dazu zählen vor allem:
- Wintermonate,
- Morgen- und Abendstunden,
- Zeiten hoher Residuallast.
KWK-Anlagen können in diesem Umfeld gezielt zur Spitzenlastabdeckung und zur Stabilisierung des Energiesystems beitragen. Besonders im Winter korreliert der Betrieb dabei gut mit hohen thermischen Wärmebedarfen.
Hybridsysteme als Lösungsansatz
Eine zentrale Rolle spielen künftig Hybridsysteme aus Wärmepumpen und KWK-Anlagen:
- Bei hohem Angebot erneuerbarer Energien und niedrigen Strompreisen übernehmen Wärmepumpen vorrangig die Wärmeerzeugung.
- Bei geringer erneuerbarer Einspeisung und hohen Strompreisen wird der Betrieb von BHKW-Anlagen wirtschaftlich attraktiv.
Mit dieser Entwicklung sinken gleichzeitig die Vollbenutzungsstunden vieler KWK-Anlagen teilweise deutlich unter 1.000 Stunden pro Jahr.
Statt auf maximale Laufzeiten ausgerichtet zu sein, werden größere KWK-Anlagen zunehmend als hochflexible Spitzenlastanlagen betrieben. Perspektivisch könnten geeignete Kapazitätsmechanismen dabei eine wichtige Rolle für die wirtschaftliche Absicherung spielen.
iKWK: KWK als Partner der Erneuerbaren
Kurz- bis mittelfristig bleiben fossile KWK-Anlagen wichtige Partner der erneuerbaren Energien. Langfristig liegt die Perspektive jedoch in CO2-neutralen Brennstoffen und einer stärkeren Systemintegration.
Ein wichtiger Ansatz hierfür sind innovative KWK-Systeme (iKWK). Dabei werden BHKW-Anlagen mit strombetriebenen Wärmeerzeugern wie Wärmepumpen oder Power-to-Heat-Systemen kombiniert.
Das BHKW kann zunächst fossil betrieben und später auf erneuerbare Brennstoffe umgestellt werden.
Praxisbeispiel Universität Bayreuth
Wie ein solches System erfolgreich umgesetzt werden kann, zeigt ein aktuelles Praxisbeispiel an der Universität Bayreuth.
Dort arbeiten:
- ein 3,3 MWel BHKW,
- zwei Wärmepumpen mit insgesamt 1,3 MWth,
- sowie ein 6 MW Elektrodenkessel
in einem gemeinsamen Energiesystem zusammen.
Besondere Herausforderungen bestanden in der Versorgung mehrerer Wärmenetze mit unterschiedlichen Temperaturniveaus sowie in der betrieblichen Abstimmung aller Anlagenkomponenten.
Durch das Gesamtsystem konnten die CO2-Emissionen um rund 5.000 Tonnen pro Jahr reduziert werden.
Systemintegration im bestehenden Wärmenetz
Ein weiteres Projekt in der Stadt Stein untersucht die Integration eines iKWK-Systems in bestehende Wärmenetze.
Dabei speisen KWK-Anlage und Wärmepumpe an unterschiedlichen Punkten in das Netz ein. Dies erhöht die Anforderungen an Regelungstechnik und hydraulische Stabilität.
Zusätzliche Herausforderungen ergeben sich durch die Integration der Wärmepumpe in einen bereits stark ausgelasteten Niederspannungsnetzbereich. Dadurch gewinnt ein abgestimmtes Lastmanagement zunehmend an Bedeutung.
In einem nächsten Schritt sollen weitere Optimierungsmöglichkeiten für die Betriebsweise untersucht werden.
Wasserstoff und grüne Gase als langfristige Perspektive
Langfristig stellt sich die Frage, mit welchen klimaneutralen Brennstoffen KWK-Anlagen künftig wirtschaftlich und systemdienlich betrieben werden können.
Aktuelle Untersuchungen der Friedrich-Alexander-Universität zeigen, welche Mengen an grünem Wasserstoff und erneuerbaren Gasen künftig notwendig sein werden, um Versorgungssicherheit und Systemstabilität auch in Phasen geringer erneuerbarer Stromerzeugung sicherzustellen.
Gerade bei der schnellen Bereitstellung von Leistung und in der Spitzenlastabdeckung sehen viele Konzepte künftig einen wichtigen Einsatzbereich für KWK-Anlagen mit erneuerbaren Brennstoffen.
Gleichzeitig wird deutlich:
Grüne Gase werden langfristig nur begrenzt verfügbar sein und stehen in Konkurrenz zu weiteren Anwendungsbereichen. Umso wichtiger wird ein gezielter und systemdienlicher Einsatz.
Forschung zu Wasserstoff-BHKW
Im Forschungsprojekt CH2P arbeiten das KoKWK und das IfE gemeinsam an der nächsten Generation wasserstoffbetriebener BHKW-Anlagen.
Ziel ist es, die Leistungsdichte der Systeme deutlich zu erhöhen und langfristig wirtschaftliche Lösungen für den Betrieb mit Wasserstoff zu schaffen.
Ergänzend dazu werden im Energy Lab Haßfurt Konzepte zur Wasserstoffeinspeisung und Wasserstoffextraktion im Erdgasnetz untersucht.
Fazit
Die Anforderungen an Kraft-Wärme-Kopplung verändern sich deutlich. Sinkende Vollbenutzungsstunden, volatile Strommärkte und der Ausbau erneuerbarer Energien erfordern neue Betriebs- und Systemkonzepte.
Gleichzeitig bleibt KWK ein wichtiger Baustein für Versorgungssicherheit und flexible Wärmesysteme. Große Potenziale liegen insbesondere:
- in der Spitzenlast- und Residuallastabdeckung,
- in der Kombination mit Wärmepumpen,
- sowie in der Nutzung erneuerbarer Brennstoffe.
Damit wird deutlich: Die Zukunft der KWK liegt weniger in hohen Laufzeiten, sondern zunehmend in Flexibilität, Systemintegration und Klimaneutralität.