22. Duisburger KWK-Symposium 2024

Das 22. Duisburger KWK-Symposium, wurde am 18. und 19. Juni 2024 vom Lehrstuhl für Energietechnik (LET) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und dem Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (B.KWK) ausgerichtet. Rund 90 Teilnehmende aus Industrie, Wissenschaft, Politik und Verwaltung waren live vor Ort. Hier findet Ihr jetzt einen Rückblick auf die Veranstaltung im vergangenen Jahr vom Video-Team des BHKW-Forum e.V. Die Anmeldung für das diesjährige 23. Duisburger KWK-Symposium am 11. Juni 2025 ist noch möglich und Mitglieder im BHKW-Forum e.V. erhalten einen deutlichen Nachlass bei der Tagungspauschale: https://www.bkwk.de/veranstaltunge…symposium-2025/

Kraft-Wärme-Kopplung – Eine wichtige Säule im Klimaschutz

Prof. Dr. Harry Hoster, Dr. Georg Klene und Claus-Heinrich Stahl eröffnen die Veranstaltung mit Überlegungen zur Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung im Klimaschutz. Im Mittelpunkt stehen nicht nur Fragen zur Verlängerung des KWK-Gesetzes, sondern auch die aktuellen Rahmenbedingungen und die bestehende Infrastruktur. Die KWK beansprucht eine zentrale Stellung als tragende Säule im Klimaschutz. Denn die deutsche Energiewende beruht im Wesentlichen auf „Bauen im Bestand“. Neue Technologien – allen voran Wasserstoff – müssen sich an realistischen Zeithorizonten orientieren; andernfalls drohen die gegenwärtigen Wasserstoffambitionen auf theoretische Konzepte und „PowerPoint-Chemie“ beschränkt zu bleiben.

Flexibel bis Modular – Zukunftsperspektiven der KWK

In diesem Vortrag zeichnet Professor Christoph Wieland von der Universität Duisburg-Essen ein lebendiges Bild von den künftigen Chancen und Herausforderungen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) im Kontext eines zunehmend volatileren Strommarkts und ambitionierter Klimaziele. Im Hinblick auf die Strompreisentwicklung, die immer mehr Stunden mit negativen Preisen aufweist, wird deutlich, dass insbesondere modulare KWK-Anlagen es ermöglichen, Lastspitzen flexibel abzufangen und wirtschaftlich zu operieren. Durch den Vergleich von Economy of Scale und Economy of Volume erläutert er, wie sich Investitionskosten bei kleineren Modulen durch innovative Komponenten wie Plattenwärme­tauscher senken lassen und zugleich Vorteile bei Wartung und Versorgungssicherheit entstehen. Anhand von Praxisbeispielen – etwa industriellen GuD-Anlagen bei Evonik oder dezentralen ORC-Systemen – zeigt Wieland, wie sich KWK bereits heute in die Sektorkopplung aus Elektrizität und Wärme einfügt und so zur Integration erneuerbarer Energien beiträgt. Ein besonderer Fokus gilt der Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die durch hohe Wirkungsgrade und Brennstoff­flexibilität (Biogas, Wasserstoff) das Potenzial hat, industrielle KWK-Projekte auf ein neues Level zu heben; zugleich werden die Herausforderungen der Dynamik und des thermischen Managements thematisiert. Es liegt an der Politik und der Industrie, den Technologiestandort Deutschland zu stärken, junge Ingenieure zu fördern und eine Diversität an flexiblen KWK-Lösungen voranzutreiben. Dieser Vortrag liefert nicht nur fundierte Einblicke in die Technik und Wirtschaftlichkeit moderner KWK-Systeme, sondern motiviert auch dazu, die Zukunft der dezentralen Energie­erzeugung aktiv mitzugestalten.

iKWK-Abwasser-Wärmepumpe der Stadtwerke Duisburg in Huckingen

Die Stadtwerke Duisburg bauen im Stadtteil Huckingen ein innovatives iKWK-System bestehend aus einem 10 MW(el) Blockheizkraftwerk, zwei Abwasser-Wärmepumpen und einem elektrischen Wärmeerzeuger zu einem modularen Einspeisemodul vereint, das regenerativ nutzbare Abwasserwärme in das 336 km lange Netz einspeisen wird. Dieser Vortrag veranschaulicht von der Machbarkeitsstudie im März 2020 über eine EU-weite Ausschreibung sowie Genehmigungen bis zur geplanten Inbetriebnahme im Jahr 2025 die auch durch den Baugrund, den hohen Grundwasserspiegel und strikte Förderfristen resultierenden Herausforderungen für die Stadtwerke Duisburg und den Generalunternehmer Zeppelin Power Systems. Die Anlage besticht durch ein zweistufiges Ammoniak-Wärmepumpensystem mit Schrauben- und Kolbenverdichtern sowie einem Wasser-Glykol-Zwischenkreis und nutzt bis zu 520 m³/h gereinigtes Abwasser, um Wärme über einen Rohrbündelwärmetauscher abzuziehen, während ein 300 m³-Pufferbecken im Klärwerksteil Lastspitzen glättet und eine temperaturgeführte Einspeisung von 75 bis 85 °C ermöglicht. Dieses Praxisbeispiel zeigt, wie moderne KWK-Technik die Wärmetransformation vorantreibt.

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) am Beispiel der Kreisverwaltung Mainz-Bingen

Eine modulare klimaneutrale Energiezelle der EnergieDienstleistungsGesellschaft Rheinhessen-Nahe (EDG) für das Neubaugebäude der Kreisverwaltung Mainz-Bingen vereint ein Blockheizkraftwerk (BHKW), einen Pelletkessel, eine Photovoltaikanlage, zwei eChiller Kältemaschinen, eine Adsorptionskältemaschine, einen Batteriespeicher und elektrische Wärmeerzeuger zu einem sektorengekoppelten System, das für 8.860 m² Nutzfläche eine Heizlast von 210 kW, eine Kälteleistung von 225 kW sowie eine elektrische Leistung von 220 kW bereitstellt und Jahresarbeitsmengen von 300 MWh Wärme, 205 MWh Kälte und 360 MWh Strom abdeckt. Der Gesamtwirkungsgrad erreicht 97,6 Prozent und ein Energiemonitoring dokumentiert eine Primärenergieeinsparung von 58 Prozent sowie einer CO₂-Reduktion von 65,8 Prozent gegenüber einer klassischen Gasheizung.

Regenerative Speicherkraftwerke – Schlüssel zum Gelingen der Energiewende

Der Systemumbruch vom Pferd zum Auto dauerte 13 Jahre, die Etablierung von Smartphones nur noch wenige Jahre. Die Energiewende mit tiefgreifenden Veränderungen im Energiemarkt geht langsamer vonstatten, ist aber ebenfalls unaufhaltbar. Die historisch rapide Preisentwicklung für PV-Module hat zu einem exponentiellen Ausbau der Photovoltaik geführt, den lange Zeit viele nicht wahrhaben wollten. Dieser Ausbau, aber auch die gleichzeitig wachsende Residuallast und steigende Energiebedarfe durch Wärmepumpen und Elektromobilität sorgen für eine Herausforderung: Es gibt Zeiten, in denen wir viel zu wenig Strom haben und andere Zeiten, in denen wir nicht wissen, wohin mit dem Überschussstrom. Regenerative Speicherkraftwerke bieten modulare Speicherlösungen, um volatile Einspeisungen und Verbräuche zu glätten und Überschussenergie zu speichern.

Innovativer und moderner Ausbau leitungsgebundener Wärmeversorgung

Der Ausbau der leitungsgebundenen Wärmeversorgung ist dringender denn je, aber bedarf einer grundlegenden Modernisierung: Angesichts der prognostizierten Verdopplung des Fernwärmenetzes bis 2030 und einer Ausweitung auf rund 65.000 Kilometer bis zum Jahr 2050 stehen Kommunen und Versorger vor enormen Herausforderungen, die durch regulatorische Vorgaben der Kreislaufwirtschaft und die Verknappung von Natursand zusätzlich verschärft werden. Dieser Vortrag zeigt auf, wie herkömmliche Bauverfahren nach EN 13941 den Zeit- und Wirtschaftlichkeitsansprüchen nicht mehr genügen. Niedrigere Betriebstemperaturen moderner Netze erhöhen nicht nur die Lebensdauer der Leitungen, sondern ermöglichen auch den Einsatz neuer Materialien und Verbindungstechniken, während der Einsatz zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoffe (ZFSV) sowie recycelter Baustoffe die Grabenaushub- und Rückbauprozesse revolutionieren können. Dabei verändert sich jedoch die Interaktion zwischen Rohr und Bettungsmaterial, was statische und planungsbezogene Anpassungen erforderlich macht, um eine sichere und effiziente Verlegung zu gewährleisten. Mit Blick auf Nachhaltigkeit rücken die Ökobilanzierung entsprechend der Normen nach DIN EN ISO 14040 und DIN EN 15643 in den Mittelpunkt während ein lebenszyklusorientiertes Asset Management die Wirtschaftlichkeit und die gesellschaftliche Akzeptanz von Fernwärmeprojekten nachhaltig sicherstellen kann. Weiterhin braucht es Innovationen, etwa den Ersatz isocyanathaltiger Dämmstoffe durch PET- und PB-1-Schäume.

Beitrag der KWK zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit

Regelbare Erzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung gilt als unverzichtbares Element zur Sicherstellung der Stromversorgung im Szenario des Ausstiegs aus Kernkraft und Kohle, mit einem prognostizierten Rückgang der gesicherten Leistung von rund 84 GW heute auf 43 GW bis 2030 sowie einem Residuallastbedarf von bis zu 170 TWh. Langfristprognosen sehen bis 2045 eine Stromerzeugung von 1 100 bis 1 350 TWh vor, wovon 100 bis 170 TWh im Residuallastbereich anfallen und den Bedarf an gesicherter Leistung erheblich steigern . Während die aktuelle Kraftwerksstrategie den Neubau von 10 GW gesicherter Leistung vorsieht, betonen Bundesrat und Stakeholder im NRW-Energiestrategieprozess die Notwendigkeit einer raschen KWK-Gesetzesmodernisierung, eines neuen Strommarktdesigns und des Ausbaus von Wärmespeichern. Ein Gutachten prognostiziert bis 2031 einen Zubau von rund 18 GW H₂-ready-Kraftwerken und einen Nettozuwachs von 3,1 bis 4,9 GW an Gas-KWK-Anlagen in NRW. Die gebündelten Empfehlungen aus dem Energiestrategieprozess des Landes NRW verbinden regulatorische Rahmenbedingungen, Investitionsanreize und eine sektorübergreifende Strategie, um modulare KWK-Systeme als Schlüsseltechnologie für eine klimafreundliche, effiziente und zuverlässige Energieversorgung zu etablieren.