Blockheizkraftwerke sind modular aufgebaute Anlagen zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme. Sie werden in erster Linie am Ort des Wärmeverbrauchs eingesetzt, können aber auch Nutzwärme in Wärmenetze einspeisen. Als Antrieb für die Stromerzeugung können sowohl Verbrennungsmotoren (Diesel-oder Gasmotoren) als auch Gasturbinen verwendet werden. Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Verbrennungsmotoren nutzen die an der Kurbelwelle verfügbare Leistung statt zur Fortbewegung zum Antrieb eines Generators. Je nach Motortyp (Otto- oder Dieselmotor) sowie Größe der Anlage liegen die Wirkungsgrade zwischen 30 und 50 %. Wenn sich die im Kühlwasser und Motorenöl enthaltene Wärme (Abwärme) noch zusätzlich zur Wärmeerzeugung nutzen lässt, werden Gesamtausnutzungsgrade von über 90 % möglich. Somit können Blockheizkraftwerke bis zu 40 % Primärenergie einsparen.

Bei einer  Entnahme-Kondensationsmaschine handelt es sich um eine Dampfturbine, bei der zur Erzeugung von Fernwärme oder für industrielle Prozesse eine Entnahme von Dampf bei einer oder auch mehreren, unterschiedlichen Druckstufen erfolgen kann. Kraftwerke, die mit Entnahme-Kondensationsmaschinen arbeiten, sind modifizierte Kondensationskraftwerke. Statt den im Kessel erzeugten Dampf nach Austritt aus der Niederdruckturbine über einen Kühlturm oder Flusswasser zu kondensieren, wird ein Teil der in diesem Dampf noch enthaltenen Energie zur Wärmeerzeugung genutzt. Dadurch wird ein zusätzlicher geringer Brennstoffaufwand erforderlich, der jedoch im Vergleich zur erzielten Energieausnutzung unwesentlich ist. Bei gleichzeitiger Strom- und Wärmeerzeugung in gekoppeltem Betrieb werden in Entnahme-Kondensationsturbinen Ausnutzungsgrade von bis zu 90 % erreicht.

Durch den Einsatz eines Abhitzekessels hinter einer Gasturbine lässt sich die eingesetzte Primärenergie wirkungsvoll nutzen. Gleichzeitig wird die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage deutlich gesteigert. Das Prinzip, das hierbei zum Einsatz kommt, entspricht dem eines Flugzeugtriebwerkes: Umgebungsluft wird im Verdichter komprimiert, in der Brennkammer erhitzt und anschließend zur Krafterzeugung genutzt.  Als Brennstoffe dienen extraleichtes Heizöl bzw. Erdgas. Im Gegensatz zum Flugzeug dienen die Abgase in einem Kraftwerk zum Antrieb der Turbine und damit zur Stromerzeugung. Die Abgase treten mit sehr hoher Temperatur aus. Deswegen lässt sich ihr Energiegehalt gleichzeitig zur Wärmeerzeugung nutzen. Bei voller Wärmeverwertung sind Nutzungsgrade von über 80 % problemlos realisierbar.

Um das Prinzip der Gasturbine zu optimieren, werden bei dieser Anlagenform Gas- und Dampfturbinen miteinander kombiniert. Die Abgase strömen über einen Abhitzekessel, mit dem Dampf erzeugt wird. Eine nachgeschaltete Dampfturbine wird damit angetrieben und erzeugt zusätzlich Strom. Der Restenergiegehalt des Dampfes am Turbinenausgang lässt sich über einen Kühlturm kondensieren oder zur Wärmeerzeugung nutzen. Mit dieser Kombination können im Vergleich zum reinen Strombetrieb wesentlich höhere Wirkungsgrade erreicht werden. Bei reiner Stromerzeugung liegen diese weit über 50 %. Im gekoppelten Betrieb können dagegen Ausnutzungsgrade von 90 % erreicht werden. Kombinierte Kraftwerke sind äußerst flexibel. Sie benötigen nur kurze Startzeiten und sind für schnelle Laständerungen gut geeignet. Wenn erforderlich, können sie auch für die Deckung von Lastspitzen herangezogen werden. Bedingt durch ihren guten Wirkungsgrad ist jedoch auch der Einsatz im Dauerbetrieb für die Deckung von Grundlasten wirtschaftlich und technisch sinnvoll.

Großwärmepumpen nutzen thermische Energie aus einer beliebigen Wärmequelle auf einem geringen Temperaturniveau und machen diese auf einem höheren Temperaturniveau für die weitere Verwendung in der Fernwärme nutzbar. Möglich wird dies durch einen Kältemittelkreis mit entsprechenden Wärmeübertragern - ausgeführt als Verdampfer und Kondensator. In der Regel werden diese Anlagen mit Strom betrieben, weshalb Wärmepumpen sich auch ideal als Technologie der Sektorenkopplung eignen. 

Die Möglichkeiten der Wärmequellen sind nahezu endlos. So eignen sich bspw. Umweltwärmequellen wie Luft, Flusswasser, Seen oder auch Grundwasser. Aber auch andere klimaschonende Wärmequellen wie Klarwasser (gereinigtes Abwasser), Abwärme aus Rechenzentren oder Abwärme aus anderen gewerblichen und industriellen Prozessen kommen in Frage. Aufgrund der besonders hohen Effizienz ist diese Technologie ein wichtiger Baustein der Wärmewende.

Bei der Tiefen-Geothermie - genauer der hydrothermalen Tiefen-Geothermie - kann die Wärme aus Thermalwasser in mehreren Tausend Metern Tiefe zur Versorgung der Fernwärmekunden genutzt werden. Die Temperatur des Thermalwassers kann dabei bis zu 140 ºC betragen und eignet sich somit sehr gut für die Wärmeversorgung. Durch sogenannte Saugbohrungen wird das Wasser an die Oberfläche in die Heizzentrale gefördert, wo es die Wärme an das angeschlossene Wärmenetz abgibt. Das abgekühlte Wasser wird durch Sickerbohrungen wieder dem Erdreich zugeführt, um unterirdisch eine gleichbleibende Wassermenge zu gewährleisten. Durch die Wärme im Inneren der Erde wird das zurückgeführte Wasser wieder aufgeheizt. Der Pumpstromaufwand, der zur Beförderung der Wassermengen benötigt wird, ist um ein Vielfaches kleiner als die so gewonnene Wärmemenge.

Solarthermische Anlagen, wie man sie bereits häufig auf Hausdächern sieht, eignen sich ebenfalls für die großflächige Anwendung in der Fernwärme. Solaranlagen nutzen die Strahlungsenergie der Sonne und wandeln diese emissionsfrei in Nutzwärme um. Hierfür werden die Kollaktoren von Wasser oder einem Wasser-Glycol-Gemisch durchströmt, wobei sich die Temperatur stetig erhöht. Über einen Wärmeübertrager kann die thermische Energie aus dem Solarkollektor-Feld in das Wärmenetz eingespeist werden. Durch die Verwendung großer Anlagen lassen sich wichtige Skaleneffekte nutzen, die im kleinen Maßstab nicht genutzt werden können. Solarthermische Anlagen in der Fernwärme können wenige hundert bis mehrere tausend Quadratmeter Kollektorfläche aufweisen.

Die Produkte aus der Industrie oder dem Gewerbe sind fester Bestandteil des täglichen Lebens - größtenteils unbewusst. Bei den notwendigen Prozessen zur Herstellung von beispielsweise Stahl und Benzin oder der Bereitstellung von Rechenleistung in Rechenzentren entsteht häufig Abwärme als ein unerwünschtes Nebenprodukt. Über Wärmeübertrager kann diese Abwärme in ein Wärmenetz eingebunden werden, statt wie bisher mit hohem Aufwand "weggekühlt" zu werden und in die Umwelt zu gelangen. Liegt die Abwärme prozessbedingt auf einem vergleichsweise geringen Temperaturniveau vor, kann durch zusätzliche Nutzung einer Wärmepumpe die Temperatur auf das nötige Niveau angehoben werden. Abwärme kann in Wärmenetzen effektiv recycelt werden und damit Teil eines klimafreundlichen Erzeugerparks sein.