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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:

Aufbereitung von schwermetallhaltigen Aschen aus Biomasseverbrennungsanlagen
Offenburg

Neue Verwertungswege für Asche aus Biomasseverbrennungsanlagen

Beim Verbrennen von Biomasse zur Wärmeerzeugung entsteht Asche, die teilweise mit Schwermetallen belastet ist. Besonders beim Einsatz von Altholz und nicht naturbelassenen Hölzern ist der Anteil an belasteten Aschen hoch. Bisher müssen Betreiber diese Asche in speziellen Deponien kostenpflichtig entsorgen. Nun erforschte das Projekt der Hochschule Offenburg, inwiefern sich die Asche aus Biomasseöfen als kostengünstige Ersatzstoffe in der Herstellung von Baumaterialien wie Polymerbeton oder Schaumglas eignet. Dieses Verfahren bietet zwei Vorteile: Die Aschen ersetzen Sand, der bisher in der Betonherstellung eingesetzt wird und bei dessen Förderung und Weiterverarbeitung CO2 freigesetzt wird. Außerdem sind die Schwermetalle aus den Aschen in den Baustoffen gebunden und so nicht mehr umweltgefährdend. Während gering belastete Asche schon in der Betonherstellung im Einsatz ist, erprobten die Wissenschaftler diesen Weg erstmals mit problematischen hochbelasteten Aschen. Im Projekt analysierten die Wissenschaftler in einem ersten Schritt die Konsistenz und Bestandteile verschiedener Aschen, insbesondere ihre Belastung mit Schwermetallen und das Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt. Anschließend untersuchten sie, wie die Zugabe von Aschen die Materialeigenschaften von Polymerbeton, Geopolymer, Sinterleichtbaustoffen und Schaumglas beeinflusst. Für die zwei erfolgreichsten Verwertungswege aus diesen vier Varianten berechneten die Forscher anschließend Produktionskosten und Wirtschaftlichkeit im Vergleich mit konventionell hergestellten Produkten. Auch die langfristigen Umweltauswirkungen durch den Einbau der Aschen wurden untersucht. Zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft werden nun zwei Verwertungswege im größerem Maßstab angedacht und Vermarktungsmöglichkeiten eroriert. Das Pilotprojekt zeigte damit neue Wege auf, um Biomasseasche dezentral zu verwerten. Mehr Informationen auf dem Flyer und der Webseite der AG Biomasse der HS Offenburg. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: 1.Der Rohstoff Sand kann prinzipiell in Schaumglas, Leichtbeton, Sinterleichtbaustoffen und in Polymerbeton durch Aschen aus der Biomassefeuerung substituiert werden. Dabei werden die Baustoffanforderungen (Druckfestigkeit, Dichte, Aushärtezeit) erreicht. 2.Werden Aschen mit geringen Schwermetallgehalten als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Recyclingbaustoffen verwendet, können die Produkte ohne Einschränkung eingesetzt werden. 3.Die Eignung der Asche als Zuschlagstoff für einzelne Verwertungswege hängt von der Feuerungsanlage, der eingesetzten Biomasse, der Art der Aschen und dem Schwermetallgehalt der Asche ab.