Zwei Forschungsprojekte des Instituts für Elektrische Energietechnik an der Fachhochschule Köln und des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) sehen die Zusammenschaltung dezentraler Mini-Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Koppelung vor. Das Hochschul-Projekt will damit Versorgungsschwankungen von Windkraft und Fotovoltaik ausgleichen, Fraunhofer setzt auf enge Vernetzung der Anlagen und will Hausbesitzer mit einem Modell für private Betreiber von KWK-Anlagen am Strommarkt beteiligen.
Blockheizkraftwerke (BHKWs) bestehen aus einem Motor, der einen Generator antreibt und damit Strom erzeugt. Die dabei entstehende Abwärme wird zum Heizen genutzt. So lassen sich über 90 Prozent der Energie nutzen, die im Brennstoff steckt.
Bereits die Kooperation von Lichtblick und VW sah die Zusammenschaltung vieler kleiner Blockheizkraftwerke – bevorzugt in Mehrfamilienhäusern – zu einem Netzwerk vor. Diese sollen in einem „virtuellen Großkraftwerk“ bis zu zwei Atomkraftwerke ersetzen, so die Kooperationspartner.
Das auf drei Jahre angelegte Hochschul-Forschungsprojekt von Initiator und Leiter Ingo Stadler, Professor am Institut für Elektrische Energietechnik an der Fachhochschule Köln, findet unter der Beteiligung des Ökostromanbieters Greenpeace Energy und der Informationstechnologie-Unternehmen EMD und Papendorf Software Engeneering statt. Es hat sich zum Ziel gesetzt, mit BHKWs Versorgungsschwankungen von Windkraft und Fotovoltaik auszugleichen. Dazu sollen die Blockheizkraftwerke zukünftig automatisch anspringen, wenn Wind und Sonne nicht genügend Strom erzeugen.
Bislang werden BHKWs meist wärmegeführt betrieben. Das heißt, sie laufen immer dann, wenn Wärme benötigt wird. Gleichzeitig erzeugen sie immer auch Strom – unabhängig davon, ob es bereits ein Überangebot durch starken Wind oder viel Sonne gibt. Aus Sicht des Netzmanagements ist das kein optimaler Zustand. Besser wäre es, wenn die Kraftwerke keinen Strom liefern, wenn Wind und Sonne das können.
Für das Forschungsprojekt werden an drei Standorten, in Hamburg, Kassel und Köln, BHKWs, Fotovoltaik- und Windkraftanlagen zusammengeschaltet. Das so vernetzte Kraftwerk soll witterungsunabhängig eine bestimmte Strommenge erzeugen. Marcel Keiffenheim, Pressesprecher von Greenpeace Energy, dazu: „Die Anlagen werden tatsächlich zur Deckung des Strombedarfs genutzt. Ziel ist es, dass die dabei erzeugte Wärme nicht ungenutzt verloren geht.“
Mit großen, hoch isolierten Heißwasserspeichern kann der Heizbedarf über mehrere Tage gedeckt werden, ohne dass der Motor starten muss. Diese funktionieren „im Prinzip wie große Thermoskannen“, erläutert Keiffenheim.
Den von den Kleinkraftwerken produzierten Strom könnte man in großen Batterien speichern, um wind- und sonnenarme Tage zu überbrücken. Aber „Wärme zu speichern ist hundertmal billiger als Strom zu speichern, deshalb orientieren wir die Betriebszeiten der Kraftwerke am Strombedarf“, sagt Ingo Stadler. Das „virtuelle Kraftwerk“ soll ein technisch, wirtschaftlich und energetisch effizientes Zusammenspiel der einzelnen Anlagen werden.
In eine ähnliche Richtung geht ein Projekt, das vom Fraunhofer ISE koordiniert wird. Über eine enge Vernetzung dezentraler Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung will man Spitzenlasten senken und der Anteil Erneuerbarer Energien weiter ausbauen.
Im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten InnoNet-Verbundprojekts DEMAX (Dezentrales Energie- und Netzmanagement mit flexiblen Stromtarifen) wurde ein System entwickelt, mit dem dezentrale Erzeuger aus gewerblichen und privaten Bereichen aktiv am Energiemarkt teilnehmen können. Herzstück ist die netzwerkbasierte Kommunikation übers Internet. Für Abruf und Rückmeldung der vernetzten Systeme kommunizieren diese über einen gewöhnlichen Internetzugang miteinander. Ein zentraler Server kann beispielsweise in der Trafostation des Niederspannungsnetzes installiert werden und so alle beteiligten Anbieter wie Messdienstleister, Stromhändler und Netzbetreiber über Internetverbindungen miteinander vernetzen. Auf diese Weise werden Abrechnung, Fernwartung und Prozessvisualisierung abgewickelt.
Ziel ist, die Kosten für die Datenübertragung gering zu halten. Ein virtueller übergeordneter Kraftwerksbetreiber kann die Steuerung der Erzeuger und Lasten übernehmen.
Um die erzeugte Energie auch lokal nutzen zu können, müssen Erzeugung und Nachfrage optimal aufeinander abgestimmt werden. „Die Energie aus der Fotovoltaikanlage kann direkt in die Elektrofahrzeuge gespeist werden und die Kraft-Wärme-Kopplungsanlage in den Abendstunden ihren Beitrag zum Stromverbrauch leisten“, sagt Christof Wittwer, Leiter der Arbeitsgruppe Betriebsführung und Systemregelung am Fraunhofer ISE.
Die Systemtechnik wird derzeit in einem kleinen Verteilnetz in Bad Bellingen getestet. Die Projektergebnisse sorgen dann in Zusammenarbeit mit der Industrie für entsprechende Produkte und Dienstleistungen für die Kunden. jm