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Ein intelligentes Netz für BHKW

Wenn mehr und mehr dezentrale Wind-, Wasser- und Photovoltaikanlagen Strom ins Netz einspeisen, müssen Netzbetreiber flexibel reagieren, um Überlastungen oder Engpässe zu verhindern. So genannte demand-response Systeme nutzen dafür zu- und abschaltbare Elemente wie beispielsweise BHKWs. Für die Betreiber von BHKWs jedoch ist es am wirtschaftlichsten, wenn ihre Anlagen durchgehend laufen.

In drei Teilprojekten entwickelte das Institut für Energiesystemtechnik der Hochschule Offenburg ein Energienetzmanagement, das beide Ziele vereint. Dazu erstellten sie ein Netzmanagement am Geflügelhof Zapf in Gengenbach. Dort stellte der Lebensmittelbetrieb in einem weiteren Innovationsfondprojekt seine Energieversorgung auf drei Holzvergasern um. Die Hochschule baute zunächst ein Messsystem auf, erfasste, wie viel Energie die Produktion überhaupt benötigt und modellierte mit Hilfe spezieller Software ein Netz, das flexibel auf Strom- und Wärmebedarf reagieren kann. Im Testbetrieb entstand so ein Modell, das die Wissenschaftler anschließend auf andere Kleinnetze anwenden können.

Für die Stadt Offenburg erstellten die Wissenschaftler ein weiteres System, um das städtische Teilnetz aus fünf BHKWs und kommunalem Gebäudepool wirtschaftlich und ressourcenschonend zu betreiben. Über die bereits vorhandene Gebäudeautomation wurde gemessen, wie viel Energie aus BHKW und Netzstrom einfloss und bezogen auch Wetterprognosen und mögliche Speicher mit ein. Ziel war es, durch eine zentrale Steuerung die BHKWs möglichst ununterbrochen zu betreiben und ihre Energie im Netz optimal zu nutzen. Bei Bedarf könnten solche intelligenten Kleinnetze in Zukunft in größere Netzverbunde integriert werden ohne die lokalen Betreiber einzuschränken.

Kombiniert mit den Ergebnissen aus den beiden anderen Teilprojekten entwickelte die Hochschule schließlich ein eigenes Stromnetz für Lehre und Forschung, mit verschiedenen Energiequellen sowie thermischen und chemischen Speichern. Die Hochschule baute so ihre Kompetenzen in der Systemanalyse aus und zeigt neue Wege auf, um Energienetze optimal zu betreiben.

Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt

  • Im Nachhinein muß das Projekt als sehr ambitiös eingestuft werden, konnte jedoch nach mehreren Verlängerungen erfolgreich abgeschlossen werden. Dabei wurde der notwendige Umfang den ein komplexes Energienetzmanagement fordert sehr deutlich. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere innovative Komponenten und Verfahren zum Einsatz kommen.
  • Schritte zur Optimierung der automations- und energiemeßtechnischen Ausrüstung wurden unternommen, um Labornetze mit Schnittstellen zu versehen, die Smart Grid – Funktionen erst ermöglichen. Es zeigte sich, dass viele verfügbare Produkte langfristig nicht für den Betrieb in flexiblen Netzen geeignet sind.
  • Den Partnern stehen nun gut ausgerüstete Reallabore zur Verfügung, um Microgrids im Sinne von Smart Grids zu vernetzen und vernetzt zu untersuchen. Mit Weiterentwicklungen bei modellbasierten Prognosen und Algorithmen wurden wichtige Schritte zur Validierung gemacht. Die Arbeit werden fortgesetzt und sind Teil aktueller Forschungsaufgaben.

Projektdaten

Projektnummer 2012-09
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Hochschule Offenburg
Laufzeit April 2012 bis März 2017
Zuschuss 186.800

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:

Grid2Smart - Konzeption zur Migration des Stromnetzes in ein Smart Grid mit einem hohen Anteil dezentraler Erzeuger
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Intelligentes Stromnetz für dezentrale Erzeuger

Immer mehr Wasserkraft-, Windkraft-, und Solaranlagen speisen ihren Strom ins Netz ein. Auch die Zahl der KWK-Anlagen steigt stetig. Diese an sich erfreuliche Entwicklung stellt die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Sie müssen zunehmend dezentrale Erzeuger in ihr Netz integrieren und für einen stabilen Betrieb sorgen. Auch für die Anlagenbetreiber ändert sich die Lage in den nächsten Jahren. Das KWK-Gesetz fördert schon 2011 viele Anlagen nicht mehr, so dass ihre Besitzer neue Strategien für eine wirtschaftliche Betriebsführung finden müssen. Die Gemeindewerke Gundelfingen, das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme und die badenova-Töcher Netz und WärmePlus analysierten deshalb die Netzsituation der Gundelfinger EEG- und KWK-Anlagen. Ziel war es, den Lastfluss zu berechnen und mögliche Energieszenarien zu erstellen. Dazu integrierten die Wissenschaftler die Daten aus dem Netz und von den Erzeugern in einen speziellen Betriebsführungsassistenten und in das geografische Informationssystem (GIS) der badenova. Dieser Betriebsführungsassistent für die Leitwarten entstand in einem früheren Projekt von ISE und badenova, das erstmals eine größere Anzahl dezentraler Anlagen zu einem ‚virtuellen Kraftwerk’ zusammenfasste. Nach einer Testphase simulierten die Forscher dann verschiedene Szenarien und konnten das Netz nach ökologischen oder wirtschaftlichen Kriterien optimieren. Das Projekt ist damit Modell für andere Gemeinden und Stromnetzbetreiber. Projekterkenntnisse: Durch State Estimation kann der Stromnetzzustand in Echtzeit bestimmt werden. Daraus ergeben sich Vorteile für die Betriebsführung und Planung der Netze. Es ist dafür ausreichend bereits vorhandene Messungen durch Wetterprognosen zu ergänzen. Die Untersuchung der Kraftwärmekopplungsanlagen im Netzgebiet zeigt auf, dass die angewendeten Betriebsführungsstrategien bereits sehr gut sind. Eine weitere Verdienstmöglichkeit ist Eigenstromnutzung. Damit können die Strombezugskosten verringert werden. Spannungsabhängige Einspeisung von Blindleistung ist eine sehr effiziente Möglichkeit zur Spannungsregelung. Die komplexe Parametrierung der Anlagen ist Aufgabe der Anlagenbetreiber. Um die Einstellungen zu überprüfen, sollte der Netzbetreiber temporär das Verhalten der Anlage messen.

Dezentrale Stromerzeugung in der Fläche mit Kleinwindkraft
Lörrach

Kleine Windkraftanlagen auf Lörrachs Dächern

Lörrach eignet sich auf Grund seiner Lage und der durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten nicht für große, kommerzielle Windanlagen. Kleinere Anlagen für Privathaushalte jedoch könnten dazu beitragen, das städtische Potential an erneuerbaren Energien noch besser zu nutzen. Wie Solaranlagen können kleine Windkraftwerke dezentral Strom erzeugen, sind jedoch in privaten Haushalten bisher selten. Während sogenannte Solarkataster mittlerweile recht genau vorhersagen, wie viel Sonnenenergie im Jahresverlauf auf einzelne Dächer fällt, ist eine solche Prognose für Wind noch kaum möglich. Zwar bietet das Land Baden-Württemberg einen online-Windatlas, dessen Vorhersagen beziehen sich jedoch auf Höhenlagen für größere, kommerzielle Rotoren und sagen nur wenig aus über die Luftströme auf Wohnhausebene. Marktlage und Bauvorschriften sind ebenfalls unübersichtlich. Ohne Fachwissen und ausführliche Recherche erschließt sich dem einzelnen Verbraucher kaum, ob sich eine Anlage überhaupt lohnt und welches Model sich am besten für sein Dach eignet. Auch Zulassungsverfahren sind oft noch nicht eindeutig. Die Stadt Lörrach untersucht diese Fragen und evaluiert das Stadtgebiet auf sein Windkraftpotential. Dazu recherchieren die Mitarbeiter, welche Geräte überhaupt auf dem Markt sind, wie solide ihre Funktionsweise ist, wie hoch die Lärmentwicklung der Rotoren ist und ob deren Vibration möglicherweise Dach oder Gebäude schädigt. Auch wie Gebäudebesitzer und Nachbarn zu individuellen Windkraftanlagen in Wohngebieten stehen, untersucht die Studie und kann damit möglichen Vorurteilen entgegenwirken. Mit diesem Marktüberblick kommt das Projekt letztlich zu einer Aussage, welche Modelle technisch und wirtschaftlich sinnvoll sind. Diese allgemeinen Daten ergänzen sie mit Messungen, die sich speziell auf Lörrach beziehen. In ein computerbasiertes Geoinformationssystem (GIS) integriert, können Wind- und Wetterdaten dabei helfen, das Windpotential an einem einzelnen Grundstück zu bestimmen. Das Projekt verleiht außerdem Messgeräte und Datenlogger, so dass interessierte Bürger die Windgeschwindigkeit auf ihren Dächern über einen längeren Zeitraum verfolgen können. Die Windkraftstudie ergänzt Lörrachs Erneuerbare Energien Konzept und ist ein weiterer Baustein, um das städtische Potential an erneuerbaren Energien zu evaluieren und voll auszuschöpfen.