In Zukunft: das virtuelle Wärme-Kraftwerk

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Blockheizkraftwerke intelligent zu steuern wird eine der großen Herausforderungen der Energiewende sein. Denn nur die intelligente Vernetzung von Strom und Wärme wird erneuerbaren Energien zum Durchbruch verhelfen. Weht der Wind nur schwach und scheint die Sonne wenig, sinkt die ins Netz eingespeiste elektrische Energieleistung. Die Preise an der Strombörse European Power Energy Exchange (EEX) in Paris steigen. Daraufhin erhalten rund 800 Mini-Blockheizkraftwerke das Signal, ihre Stromproduktion hochzufahren.

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Die Zukunft ist intelligent. Vernetzte Blockheizkraftwerke, die immer wissen wo gerade welche Energie gebraucht oder verfügbar ist. Das ist die Zukunft der Wärmeversorgung.

Von Fernwärme zum vernetzten Nahwärmenetz

Erstmals übertragen die Projektbeteiligten damit das Steuerungskonzept von virtuellen Großkraftwerken auf Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW), die jeweils über maximal 20 Kilowatt elektrische Leistung verfügen. Eine neu entwickelte Software sorgt für den optimalen Betriebsablauf. Dabei kommen die vernetzten, erdgasbetriebenen BHKW je nach Bedarf nur wenige Stunden pro Tag zum Einsatz. Im Jahr fahren sie 1.000 bis 4.000 Stunden in Volllast.

Zum Vergleich: Eine konventionelle, wärmegeführte Anlage, die ebenfalls für einen jährlichen Wärmebedarf von 40.000 kWh ausgelegt ist, ist fast rund um die Uhr in Betrieb. Ihre Volllastbetriebsstunden bewegen sich zwischen 4.000 bis 8.000 pro Jahr. An kalten Wintertagen oder wenn es einen sehr hohen Bedarf an Warmwasser gibt, können diese in Grundlast laufenden BHKW auslegungsbedingt nicht genug thermische Energie zur Verfügung stellen. Spitzenlastkessel versorgen dann die typischen Abnehmer wie Schulen, Krankenhäuser, Hotels oder Mehrfamilienhäuser.

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Viele kleine Blockheizkraftwerke sind beim virtuellen Kraftwerk per Mobilfunk mit einer Leitwarte verbunden und bilden ein großes, kommunizierendes und steuerbares Kraftwerk. © LichtBlick

Die von Lichtblick in Zusammenarbeit mit Volkswagen entwickelten Mini-Blockheizkraftwerke können ohne Zusatzheizung auskommen, wenn sie anhand der Spitzenlast eines Gebäudes ausgelegt werden. Dies liegt unter anderem an der Dimensionierung der Anlagen: 36 kW thermische und 19 kW elektrische Leistung stehen 12 kW thermischer und 5 kW elektrischer Leistung bei herkömmlichen Mini-BHKW gegenüber. Diese relativ hohe Leistung macht nur in Kombination mit einem Wärmespeicher Sinn. Er ist die Voraussetzung dafür, dass der Wärmebedarf im jeweiligen Gebäude von der Stromerzeugung entkoppelt wird.

Daten im Schwarm Strom Konzept
So fließen die Datenflüsse im Schwarm-Strom-Konzept. © Lichtblick

Der Pufferspeicher immer im Zentrum

Steigt der Strompreis an der Börse, soll in kurzer Zeit möglichst viel Strom produziert werden. Wird die dabei anfallende Abwärme nicht genutzt, kann sie im Pufferspeicher zwischengelagert und unter anderem bei zeitlich befristeten Wärmebedarfsspitzen genutzt werden. Ein hoher Bedarf an thermischer Energie führt also nicht automatisch zum Start der Anlage. Im Umkehrschluss führt diese Betriebsweise zu einem häufigeren An- und Ausschalten der BHKW, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirken kann.

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Vergleich von zwei Wärmeprognosen mit der tatsächlichen Wärmeabnahme eines Referenzkunden. © Lichtblick
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Die Kurven zeigen den Wärmebedarf (gelb) eines Einfamilienhauses und die Stromeinspeisung (grün). Die Wärmebedarfsspitze führt nicht direkt zum Betrieb des BHKW.

Der Bezug von Fremdstrom entfällt

KWK-Anlagen können entweder nach dem Strombedarf eines Objektes (stromgeführt) oder nach dem Wärmebedarf (wärmegeführt) ausgelegt werden. Die Abstimmung auf den Wärmebedarf ist die häufigste Form und zur Gebäudeversorgung üblich. Dabei arbeitet die BHKW-Anlage nur bei Wärmenachfrage und produziert „nebenher“ auch Strom. Eine Orientierung nach dem Strombedarf ist seltener und zum Beispiel in Produktionsbetrieben zu finden. Meist besteht ein hoher elektrischer Leistungsbedarf bei gleichzeitiger Wärmenachfrage. Der teurere Bezug von Fremdstrom kann ersetzt werden.

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