Das ergasbefeuerte Heizkraftwerk Halle-Trotha versorgt rund 18000 Haushalte sowie Gewerbe und Industrie mit Fernwärme. Die Energie des Brennstoffs wird zunächst durch eine Gasturbine und dann durch eine Dampfturbine genutzt. Dadurch beträgt die Brennstoffausnutzung bei reiner Stromerzeugung 50,3 Prozent und bei Auskoppelung von Wärme bis zu 86 Prozent. Die neue Anlage ersetzte 1994 ein altes Braunkohleheizkraftwerk aus dem Jahr 1926, das im Hintergrund noch zu sehen ist.

Bessere Nutzung des Brennstoffs durch Kraft-Wärme-Kopplung

Alle Wärmekraftwerke lassen sich auch als Heizkraftwerke bauen. Sie erzeugen dann nicht nur Strom, sondern geben auch Fernwärme ab. Der Brennstoffaufwand ist dabei geringer, als wenn man dieselbe Menge Strom und Wärme getrennt - das heißt in reinen Kraftwerken bzw. Heizwerken - erzeugen würde. Diese Kombination von Strom- und Wärmeproduktion, die wirtschaftlich günstig und überdies umweltfreundlich ist, wird als "Kraft-Wärme-Kopplung" bezeichnet.

Abwärmenutzung

Ein Sonderfall der Kraft-Wärme-Kopplung ist die reine Abwärmenutzung, die den elektrischen Wirkungsgrad der Anlage nicht oder nur wenig beeinflußt. Sie kommt hauptsächlich für Verbrennungsmotoren in Frage, die über die Auspufffgase und das Kühlwasser des Motorblocks hochtemperierte Abwärme abgeben. Wird diese Energie über einen Wärmetauscher an einen Heizkreislauf übertragen, steigt die Ausnutzung des Brennstoffs auf bis zu 85 Prozent.

Kraftwerke mit Verbrennungsmotoren werden deshalb nur selten als Blockkraftwerke, aber sehr häufig als Blockheizkraftwerke errichtet. Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz einer solchen Anlage ist allerdings ein entsprechender, möglichst konstanter Wärmebedarf. Da Blockheizkraftwerke relativ geringe Leistungen aufweisen, können sie mit ihrer Abwärme nur kleine Netze versorgen. In der Regel liefern sie die Wärme für einen größeren Gebäudeblock (z.B. Krankenhaus, Hallenbad, Schule).

Ebenso läßt sich beim Gasturbinenkraftwerk die Abwärme der Abgase nutzen, die mit sehr hoher Temperatur aus der Turbine entweichen. Allerdings erleidet in diesem Fall der Abgasstrahl einen Druckverlust, wenn man ihn z.B. auf einen Wärmetauscher lenkt. Die Folge ist ein geringer Wirkungsgradverlust bei der Stromerzeugung.

Dampfheizkraftwerke

Bei Dampfkraftwerken stünde an sich die Abwärme des Kühlwassers zur freien Verfügung, ohne daß dadurch der elektrische Wirkungsgrad der Anlage beeinträchtigt würde. Auf diese Weise läßt sich aber höchstens ein Treibhaus erwärmen oder ein Fischteich vor dem Einfrieren schützen. Für die Beheizung von Wohnungen sind Temperaturen von 15 bis 35 Grad Celsius zu wenig. Man muß deshalb auf einen Teil der elektrischen Leistung verzichten, um dem Kraftwerk Wärme mit höherer Temperatur entnehmen zu können. Dafür gibt es wiederum zwei Möglichkeiten. Die eine ist das Gegendruck-Heizkraftwerk, die andere das Entnahme-Kondensations-Kraftwerk.

Beim Gegendruck-Heizkraftwerk wird der übliche Kondensator zur Kraftwerkskühlung durch einen Heizkondensator ersetzt, der die Wärme des abgearbeiteten Dampfes auf einen Fernheizungs-Kreislauf überträgt. Das Prinzip der Wärmeübertragung im Kondensator wird dabei nicht mit Blick auf die Kühlung optimiert, sondern mit dem Ziel einer möglichst hohen Temperatur des "Kühlwassers". Dies geht allerdings zu Lasten des elektrischen Wirkungsgrads, der - wie beschrieben - vom Temperatur-Gefälle des Dampfs zwischen Ein- und Austritt der Dampfturbine abhängt. Außerdem sind Strom- und Wärmeabgabe starr miteinander gekoppelt. Die bessere Brennstoff-Ausnutzung kann sich bei einem solchen Heizkraftwerk nur rentieren, wenn ein ganzjährig gleichbleibender Wärmebedarf besteht. Gegendruck-Heizkraftwerke werden deshalb fast nur für Industriebetriebe gebaut.

Gebräuchlicher ist das Entnahme-Kondensations-Heizkraftwerk: Hier entnimmt man den Dampf für den Heizkondensator nicht am Ende der Turbine, sondern schon zuvor. Ein solches Heizkraftwerk kann sich dem schwankenden Wärmebedarf der Fernheizung anpassen, indem es wahlweise mehr Strom oder mehr Wärme produziert. Die Einbuße beim elektrischen Wirkungsgrad wird mehr als wettgemacht durch die bessere Ausnutzung des Brennstoffs. Während der Wirkungsgrad eines modernen Steinkohlekraftwerks bei reiner Stromerzeugung etwa 43 Prozent beträgt, kann bei dieser Art Kraft-Wärme-Kopplung die Brennstoffausnutzung auf bis über 80 Prozent gesteigert werden. - Allerdings sind das Idealwerte, die nur unter optimalen Bedingungen kurzfristig erreicht werden. In der Praxis ist die Brennstoffausnutzung wegen des ungleichmäßigen oder fehlenden Bedarfs an Wärme und Strom mit 55 bis 60 Prozent wesentlich geringer.