Das KI-BHKW - Mehrwert durch mehr Werte

„Wie stiftet man Mehrwert durch mehr Werte?“ Für das Energiesystem der Zukunft sind traditionelle Ansätze der Wärmebedarfsprognose zu überdenken. In einem gemeinsamen Innovationsprojekt nutzen E-MAKS und NEXT Data Service unter anderem die Daten fernauslesbarer Verbrauchszähler, um mit intelligenten Algorithmen den Einsatz von Blockheizkraftwerken zu optimieren.

Das Ökosystem der Wärmebereitstellung wandelt sich hin zu dezentralen Energiezellstrukturen. Dabei rücken Kleinstanlagen und Quartierskonzepte gekoppelt mit Direktvermarktungsmechanismen in den Fokus. Diese zukunftsfähigen Konzepte erfordern sehr viel mehr Flexibilität und Individualität. Damit steigt die Komplexität für Wärmebedarfsprognose und -beschaffung und für den Betrieb der Anlagen im wirtschaftlichen Optimum. In der Konsequenz sind diese neuen Ansätze noch nicht wirtschaftlich.

Gemeinsam mit der NEXT Data Service AG widmet sich die E-MAKS GmbH & Co. KG dieser Herausforderung. Die Unternehmen untersuchen gemeinsam die Realisierbarkeit von datengetriebenen Dienstleistungen und entsprechenden Geschäftsmodellen. Dazu entwickeln sie technologische Werkzeuge und intelligente Algorithmen, die sich insbesondere die seit Neustem sehr viel höhere Granularität von Verbrauchsdaten zu Nutze machen. Mit dem Projekt bewerten die Partner die Machbarkeit und Nutzen datengetriebener maschineller Lernverfahren. Diese Verfahren realisieren eine kurzfristige Prognose von Wärmebedarfen für Blockheizkraftwerke (BHKW). Sie werden dabei sowohl Erlöse aus der Stromproduktion als auch die Dynamik der technischen Seite berücksichtigen und Störgrößen, wie z.B. den Einsatz von Pufferspeichern oder unterschiedlichen Verbrauchsszenarien bewerten. Die Partner sind sich sicher: Mit der Nutzung der zunehmend verfügbaren Daten erschließen Akteure in der Energiewirtschaft Datenpotenziale, mit denen sie sich erfolgreich vom Wettbewerb absetzen.

Das Vorhaben „ DaS KI BHKW – Datenorientierter Service für KI-gestützte BHKW-Fahrweise“ wird durch den Innovationsfond Klima- und Wasserschutz der badenova gefördert. Dem Projektantrag ist dabei ein intensiver Dialog von NEXT und E-MAKS mit den verbundenen Unternehmen badenova Wärmeplus, Syneco und badenova vorausgegangen. Im Rahmen von „Data Service Ideation Workshops“ diskutierten die Partner die Fragestellung, wie neue Geschäftsmodelle für Data Driven Services auf Basis vorhandener Daten innoviert werden können. Die identifizierten Service-Ideen wurden priorisiert und diese Projektidee für die erste Machbarkeitsprüfung ausgewählt.

Basierend auf der Methodik der NEXT wird im Projekt nun innerhalb eines halben Jahres ein sogenannter MVP (minimal viable product) umgesetzt, der mit minimalen Mitteln einen Machbarkeitsnachweis für den gewinnbringenden Einsatz der Daten liefern soll. Untersucht wird auch mit welcher Granularität und durch welche Kombination unterschiedlicher Datensätze eine Optimierung hervorgerufen werden kann. Mit dem agilen Projektmanagement-Ansatz wird das Projekt in kleinen Iterationszyklen und kontinuierlicher Rückkopplung vorangetrieben. Damit werden Projektrisiken früh erkannt und eine flexible Nachsteuerung ermöglicht. Zusätzlich spiegelt das Projektteam monatlich im Management den Fortschritt und entscheidet hier über vorzeitigen Abbruch wegen Zielverfehlung oder Fortsetzung. Das Vorgehen erlaubt einen ressourcenoptimierte Machbarkeitsstudie auf deren Basis über die Skalierung und Weiterentwicklung des Ansatzes entschieden werden kann.

Wie ein Wärmenetz optimiert werden kann, damit unterschiedliche dezentrale Wärmeerzeuger möglichst effizient zusammenspielen, wird auch im Zusammenschluss des Wärmenetz Kehl pilothaft umgesetzt, einem anderen ebenfalls vom Innnovationsfonds geförderten Projekt.

Projektdaten

Projektnummer 2020-09
Projektart Forschung und Studien
Projektträger E-MAKS GmbH & Co. KG
Laufzeit 01.07.2019 - 31.07.2021
Zuschuss 150.000€

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Wassergestützte Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen
Freiburg

Innovativer Putz reguliert die Gebäudetemperatur

Während unsanierte Altbauten immer noch zuviel Energie für Heizen und Kühlen verbrauchen, versucht man Neubauten inzwischen thermisch träge zu errichten. Das heißt, dass solche Gebäude nur langsam auf die Umgebungstemperatur reagieren. Sie heizen sich im Sommer also nicht so schnell auf oder können im Winter gespeicherte Wärme über einen längeren Zeitraum abgeben. Dabei helfen neben einer guten Isolierung spezielle, innovative Wärmespeichermaterialien. Zusammen mit dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) untersuchte die Maxit Deutschland GmbH, wie sich mikroverkapseltes Paraffin für diesen Zweck eignet. Die Paraffinkugeln gehören zu den sogenannten Phasenwechselmaterial, weil sie, umhüllt von einer Mikrokapsel, je nach Temperatur ihren Zustand von flüssig zu fest ändern. Wenn die Kugeln schmelzen, nehmen sie Wärme aus der Umgebung auf. Wenn es kälter wird und das Paraffin wieder erstarrt, gibt es die Wärme wieder frei und kann so Temperaturschwankungen abschwächen. Die Projektbeteiligten testeten, in welchem Verhältnis man die Paraffinkugeln Estrich zumischen kann. Um herauszufinden, wann Fließfähigkeit und Materialeigenschaft am besten sind, erprobten Maxit und ISE verschiedene Estriche unter unterschiedlichen Bedingungen. Obwohl das Konzept funktioniert, erwiesen sich die Materialkosten letztendlich als noch zu hoch, so dass Maxit vorerst kein System mit mikroverkapseltem Paraffin auf den Markt bringt.

Gärrestaufbereitung nach ARTOR-Verfahren
Offenburg

Kombinierte Gärresttrocknung und Abgasreinigung bei Biogasanlagen

Beim Vergären von Substrat in einer Biogasanlage bleibt der sogenannte Gärrest übrig, also eine Masse, die zwar energetisch ausgelaugt aber noch voller Nährstoffe ist. Deshalb ist der Gärrest ein wertvoller Dünger, den der Anlagenbetreiber jedoch zuerst platzaufwändig in Silos lagern muss. In vielen Biogasanlagen verbrennen Blockheizkraftwerke (BHKW) das Biogas, um so Strom und Wärme zu produzieren. Um mit ihren Abgasen die Grenzwerte für Luftschadstoffe einzuhalten, benötigen die BHKW oft teure Filter und Katalysatoren, die zudem häufig ausgetauscht werden müssen. Für beides hat die Firma Artor eine innovative Lösung entwickelt. Aus dem Gärrest wird ohne vorgeschalteter Fest-Flüssig-Trennung ein flüssiges Stickstoffkonzentrat mit geringem Volumen und ein mineralienreicher Feststoffdünger gewonnen. Die Anlage besteht aus zwei Einzelkomponenten. Die Erste entfernt das Ammoniak aus dem Gärrest und konzentriert es in einem Kondensat. Dieser Flüssigdünger erwies sich in ersten Feldversuchen als sehr pflanzenverträglich und wachstumsfördernd. In der zweiten Anlagenkomponente strömt das BHKW-Abgas durch den Gärrest. Dabei reichern sich das Formaldehyd und die Stickstoffoxide aus dem Abgas im Gärrest an. Während Stickstoff und Formaldehyd in der Luft zu den Schadstoffen zählen, dienen sie im Boden den Pflanzen als Nährstoff. Das Verfahren bietet noch einen weiteren Vorteil: Durch die Hitze aus dem Abgas verdunstet das in der Masse vorhandene Wasser. Das Ergebnis ist ein kompakterer, leichterer und mit pflanzenverfügbarer Stickstoffverbindung (Dünger) angereicherter Gärrest. Damit reichen kleinere Lagersilos aus und die Landwirte sparen beim Ausbringen auf die Felder Zeit und Kraftstoff. Nach ersten erfolgreichen Laborversuchen an der HS Offenburg entwickelte Artor eine Pilotanlage, optimierte die einzelnen Komponenten und entwickelte einen markttauglichen Prototypen. Für die Betreiber der etwa 8.000 Biogasanlagen in Deutschland bietet das Artorverfahren eine innovative Option um die Kombination Biogasanlage – BHKW – Düngung weiter zu optimieren. Das Konzept ist flexibel: Benötigen die Landwirte rund um eine Biogasanlage den Gärrest nicht als Dünger, kann ihn die Anlage auch zu einem festen Brennstoff für Heizkraftwerke trocknen. Drei wesentliche Projektergebnisse: Die Entstickung des Gärrestes verringert den Stickstoffeintrag in die Umwelt. Der gewonnen Flüssigdünger erwies sich in ersten Feldversuchen als sehr pflanzenverträglich und wachstumsfördernd. Durch die Kombination von Biogasanlage und Gärrestaufbereitung zu Dünger entsteht eine regionale Wertschöpfungskette mit nachhaltigem Nährstoffmanagement und flexibler Nutzung.