Ausregelung fluktuierender Einspeisung regenerativer Energien durch dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung

In Zukunft wird ein verstärkter Anteil erneuerbarer Energien (EE) in unserer Stromversorgung erwartet. Diese zeichnen sich im Falle der Wind- und Sonnenenergie dadurch aus, dass keine Speicherung der Primärenergie vor Wandlung möglich ist. Damit sind EE zwar prognostizierbar, aber nur eingeschränkt steuerbar.

Der konventionelle Kraftwerkspark und steuerbare, regenerative Einspeisungen durch z. B. Biogasanlagen oder wärmegepufferte solarthermische Kraftwerke werden benötigt, um die Stochastik des Verbrauches dem Einspeiseverhalten nicht planbarer EE-Quellen anzupassen. Virtuelle Bilanzkreise aus Quellen, Senken und Speichern helfen dabei, das Elektroenergiesystem bereits auf Verteilnetzeebene in Balance zu halten.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Möglichkeiten, welche die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zum Ausgleich fluktuierender Leistungen bietet, wo die wirtschaftlichen Grenzen ihres Einsatzes liegen und inwieweit ein Mehrwert durch das Erbringen von Systemdienstleistungen erbracht werden kann. Die Fähigkeit der Kuppelproduktion von Strom und Wärme zur funktionalen Stromspeicherung ist zu bewerten.

Kleine KWK-Anlagen werden als Blockheizkraftwerke, die ein Nahwärmenetz oder objektintegriert einzelne Gebäude versorgen, meist wärmegeführt betrieben. Damit passt sich der Betriebszustand dem aktuellen Wärmebedarf an. Mit dem Hinzufügen eines Wärme­speichers und dem Ausnutzen der thermischen Trägheit des Wärmeverteilnetzes sowie des Versorgungs­objektes kann von dieser Fahrweise temporär abge­wichen werden. Im strom­- oder auch netzgeführten und jeweils wärme­gedeckelten Betrieb wird die zeitliche Produktion des höherwertigen Gutes Strom optimiert.

In Dänemark werden über 50 % des Stromes in KWK erzeugt, gleichzeitig kommt rund 20 % des Stromes aus Windkraft. Das dänische MV-Cell-Konzept schlägt vor, die Fluktuationen aus der Windkraft wenn möglich schon auf Verteilnetzebene in Mittelspannungzellen und nicht nur zentral im Transport­netz auszuregeln. Dabei spielen Blockheizkraftwerke (BHKW) eine wesentliche Rolle, die nach „dänischem Design“ mit großem Wärmepuffer ausgelegt sind und von der Leistung bis zu 2/3 der Wärmelast tragen können. Des Weiteren wird überlegt, die Wandelung von Strom in Wärme zu Starkwindzeiten zuzulassen.

Zielführende Optimierungs- und Kommunikations­strategien unterscheiden sich in Abhängigkeit der Anlagengröße. Bei großen BHKW ist eine zentrale Opti­mierung zweckmäßig, die zwar eine hohe Anforderung an die Kommunikation stellt, aber das globale Optimum genauer trifft. Bei der Mikro-KWK (strom­erzeugende Heizungen) ist aus Gründen der Komplexitätsreduktion eine kommunikationsarme Koordination vorzuziehen. Intelli­­gente Anlagen passen auf Basis lokaler Größen und nur wenigen zentralen Signalen ihre Fahrweise an. Der KWK-Cluster wird auf Eigenschaften von Schwarm­intelligenz untersucht. Ein energie- bzw. ertrags­optimaler Regelungsansatz ist zu erarbeiten.

Das Projekt wurde Anfang 2008 gestartet.

Siemens AG, München

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