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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.

Wasserwirbelkraftwerk in der Wiese Teil 1: Projektentwicklung
Lörrach

Konzept für ein Wasserwirbelkraftwerk in der Wiese

Dass Gewässerrenaturierung und Wasserkraftanlagen harmonieren können, zeigt ein innovatives Konzept an der Wiese. In den vergangenen Jahren hat die Bürgerstiftung Lörrach zusammen mit dem BUND und anderen Partnern Abschnitte der Wiese aus ihrem engen Kanalbett herausgeholt und so ein beliebtes Naherholungsgebiet geschaffen. (Innovationsfonds-Projekt 2008-24) An einem solchen Teilstück nahe der Teichmattensiedlung in Lörrach Tumringen plante die Stiftung nun ein Wasserwirbelkraftwerk. Bisher arbeiten weltweit nur wenige Anlagen mit diesem innovativen Ansatz, darunter zwei größere in Lettland und der Schweiz. Dabei entsteht in einem speziell geformten Rotationsbecken ein Wasserwirbel, dem eine Turbine Energie entzieht und an einen Generator überträgt, der so Ökostrom produziert. Die Turbine dreht sich zwanzig Mal pro Minute, wobei sich der Widerstand und die erzeugte Strommenge je nach Wasserdruck erhöhen oder verringern. Wirbelkraftwerke arbeiten leise und sind ökologisch verträglich: Fische können sie flussabwärts wie flussaufwärts unbeschädigt passieren. Ein erster Projektschritt analysierte, ob ein Wirbelkraftwerk am Standort wirtschaftlich und genehmigungsfähig wäre. Dazu erstellten die Projektpartner eine Vorstudie, die Investitions- und Wartungskosten abschätzten, die Umweltverträglichkeit und Finanzierungsmöglichkeiten überprüften und mit dem Ertrag verglichen. Als das Ergebnis positiv ausfiel, baute die Bürgerstiftung dort in Kooperation mit der Stadt Lörrach im nächsten Schritt ein Wirbelkraftwerk. Wirbelanlagen funktionieren bereits bei geringen Höhenunterschieden und können so Standorte nutzen, die sich für herkömmliche Anlagen nicht eignen. Mit der Studie leistete das Lörracher Projekt wichtige Vorarbeit, um die Wasserwirbeltechnologie zu verbreiten und damit weitere Gewässer naturverträglich für Wasserkraftnutzung zu erschließen.

Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeitskonzept für die Landesgartenschau Lahr 2018
Lahr

Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeitskonzept für die Landesgartenschau Lahr 2018

Im Dezember 2009 hat der Ministerrat Baden-Württemberg der Stadt Lahr den Zuschlag für die Landesgartenschau 2018 erteilt. Bei einer Großveranstaltung wie einer Landesgartenschau, haben die Flächeninanspruchnahme, die notwendige Infrastruktur, die Versorgung mit Energie und Wasser, die Anreise, die Verpflegung der Besucher und die Entsorgung des Abfalls einen enormen Einfluss auf Ökosysteme, Umwelt und Klima. Erfahrungen von anderen Großveranstaltungen zeigen, dass Klima- und Umweltschutz keine nachrangigen Ziele sind, die sich bei Veranstaltungen „beiläufig“ oder „nebenher“ realisieren lassen. Sie sind immer dann effektiv und erfolgreich, wenn sie von Anfang an in allen Phasen berücksichtigt werden. Bei der Planung und Organisation der Landesgartenschau in Lahr sollen daher frühzeitig Klima- und Umweltbelange, aber auch Aspekte der Nachhaltigkeit einbezogen werden. Die von der Stabsstelle Umwelt erarbeiteten Grundlagen und Ideen wurden vom beauftragten Öko-Institut e.V. in Dortmund aufgegriffen und weiterentwickelt. Unter Einbeziehung wichtiger Akteure (Stadtverwaltung, Gemeinderat, Freundeskreis) wurde gemeinsam ein abgestimmtes Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeitskonzept für die Landesgartenschau 2018 erarbeitet. Wesentliche Punkte aus wichtigen Themengebieten wurden daraus als Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeits-Leitlinien formuliert und anschließend von der Landesgartenschau Lahr 2018 GmbH beschlossen. Als Publikumsmagnet weckt die Gartenschau Interesse an Umwelt- und Klimaschutz und ist ein weiteres Modell, um Großveranstaltungen in Zukunft nachhaltig und möglichst klimaneutral zu gestalten. Weiterführende Informationen und Ergebnisse der Untersuchungen finden Sie im beigefügten Abschlussbericht. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Bei Großveranstaltungen ist eine frühzeitige Erarbeitung und Abstimmung und eine verbindliche Beschließung von Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeitsleitlinien erforderlich, damit diese Punkte bei der Planung und Durchführung berücksichtigt werden. Neben den Leitlinien ist die Zurverfügungstellung eines umfassenden Maßnahmenkatalogs bzw. einer Checkliste eine wichtige Hilfestellung für die Beteiligten. Damit die Leitlinien und Maßnahmen in konkrete Aktionen und Projekte umgesetzt werden, sind eine Begleitung und ein Monitoring während des Planungs- und Durchführungszeitraums erforderlich.