Innovationsnetzwerk vernetzte (Klein-) KWK-Systeme
Der Ausbau der Energieversorgung auf Basis der erneuerbaren Energie und die rationelle und umweltschonende Energiebereitstellung (Effizienzverbesserung) sind Hauptziele der Bundesregierung in ihrem politischen Handeln. Besonderer Fokus liegt dabei auf dem Sektor der Gebäude, da nahezu 30% der in der Bundesrepublik benötigten Primärenergie dort verbraucht wird. In diesem Bereich setzt das Netzwerk „Vernetzte (Klein-) KWK Systeme“ - energieeffiziente Gebäude und Quartiersvernetzung - seinen Schwerpunkt, um vom Gebäudebereich bis hin zur Stadtquartiersplanung die KWK Technologie in Verbindung mit anderen Systemtechniken noch erfolgreicher in der Umgestaltung der Energieversorgung mit einzubeziehen.
Unsere Motivation
Beim Einsatz erneuerbarer Energieträger wurden bereits große Fortschritte in den letzten Jahren erreicht. So stieg der erneuerbare Anteil bei der Stromerzeugung auf über 25 Prozent an (2014: 25,8% der Bruttostromerzeugung (Quelle: bdew)). Auch im Wärmemarkt sind Steigerungen der Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien zu erkennen, wenngleich diese deutlich geringer ausfallen als beim Elektroenergiemarkt. Neben diesen positiven Aspekten treten jedoch auch eine ganze Reihe von neuen Herausforderungen auf, die nicht unmittelbar gelöst werden können. In erster Linie ist hier die beschränkte Transportfähigkeit des deutschen Übertragungs- und Verteilnetzes zu nennen, die nicht schnell gesteigert werden kann. Vielmehr sind hier große Anstrengungen zu unternehmen, die ganz erheblich finanzielle Mittel in den nächsten Jahren benötigen. Für den Endkunden wird sich dies in einer weiteren Steigerung der Energiepreise äußern.
Aus diesem Grund rückt das zweite Ziel der Bundesregierung, die Effizienzsteigerung bei der Energieerzeugung und Verteilung wieder vermehrt in den Vordergrund der Betrachtungen. Eine besondere Schlüsselrolle nimmt in diesem Zusammenhang die Bereitstellung von Energie mit KWK-Systemen ein. Bezogen auf die eingesetzte Primärenergie besitzen sie das Potential zur deutlichen Nutzungsgradsteigerung gegenüber konventionellen Wärmeerzeugungssystemen. Weiter hervorzuheben ist auch die dezentrale Einsatzmöglichkeit, wodurch die elektrischen Übertragungs- und Verteilnetze entlastet werden. Die KWK-Technologie ist nicht nur verbrauchsorientiert, wie z.B. die Wärmepumpentechnologie. Sie bietet vielmehr die Möglichkeit, auch ins elektrische Verteilnetz hinein zu wirken, wodurch sich zusätzliche Chancen ergeben. Somit kann letztendlich eine „echte“ Verbindung zwischen dem Strom- und Wärmemarkt erreicht werden.
Unsere Vision
Die dezentrale Energieerzeugung und -versorgung rückt aktuell immer mehr in den Fokus. Dazu müssen die Strom-, Gas- und Wärmeversorgung mithilfe von Kommunikations-, Steuerungs- und Regelungstechnik stärker vernetzt werden. Regionale virtuelle Kraftwerke aus KWK-Systemen sind passende Lösungen dafür. Sie verbinden Strom- und Wärmemarkt, forcieren die Einbindung erneuerbarer Energien und reduzieren den Ausbau elektrischer Versorgungsnetze.
Unsere Ziele
Im Rahmen des Netzwerkes sollen Hersteller, Planer, ausführende Unternehmen, Betreiber und wissenschaftliche Einrichtungen zusammenarbeiten, um die KWK Technologie bei der Umgestaltung der Energieversorgung in Deutschland erfolgreich mit einzubeziehen. Das Netzwerk unterstützt und fördert die beteiligten Partner, eine marktorientierte Forschung und Entwicklung zu etablieren und umzusetzen sowie das wirtschaftliche und technische Risiko der Umsetzung von komplexen Innovationsprozessen zu minimieren, langfristig in ihren Märkten zu wachsen und ihre Wettbewerbsfähigkeit durch gezielten Technologietransfer und -ausbau dauerhaft zu verbessern. Ziel des Netzwerkes ist es, innovative Lösungen zur besseren Marktintegration von KWK Systemen zu entwickeln.
Netzwerkinhalte
In dem Entwicklungs- und Unternehmensnetzwerk werden sechs Themen- bzw. Entwicklungsfelder schwerpunktmäßig bearbeitet:
- KWK-Technologien (neue Potentiale und Weiterentwicklungen)
- Kommunikationsschnittstellen und Vernetzung
- Steuerung und Prognose
- Systemintegration
- virtuelle Kraftwerke im Gesamtsystem
- Speichersysteme in Kombination
Mithilfe der Bearbeitung dieser Themenfelder soll im Netzwerk die energetische Kopplung der Sparten Strom, Wärme / Kälte und Gas sowie die Einbindung anderer Wirtschaftssektoren in ein intelligentes Energieversorgungssystem betrachtet und umgesetzt werden. Durch die Kopplung der Energienetze in so genannte „Energiezellen“ kann Flexibilität für die lokale und regionale Integration der volatilen Stromerzeuger zur Verfügung gestellt werden, was für die weitere Umsetzung der Energiewende entscheidend ist.
Kernpunkte und Aufgaben des Netzwerks
- Erstellung und Konstruktion einer einheitlichen, preisgünstigen Kommunikationsschnittstelle
- Entwicklung eines regelungstechnischen Konzeptes vieler Klein-KWK-Systeme unter Berücksichtigung der Restriktionen auf der elektrischen Verteilnetzseite sowie auf der thermischen Gebäudeseite (Optimierungsproblem)
- Erarbeitung von Lösungsvorschlägen zur Nutzungsgradsteigerung von Klein-KWK-Systemen - im Speziellen die weitere konstruktive Verbesserung der Geräte (dynamisches Teillastverhalten, Regelfähigkeit der Geräte (Anfahr- / Abfahrverhalten) sowie Minimierung der thermischen Verluste). Daraus resultierende Entwicklungsschwerpunkte sind unter anderem: Erhöhung der Haltbarkeit und des elektrischen Wirkungsgrades, Verbesserung der Laufruhe sowie Reduzierung der Wartungsaufwandes und der Herstellkosten
- Erarbeitung von Planungs- und Betriebshilfsmittel für die Verbesserung der Auslegung von KWK-Anlagen und deren effiziente Einbindung in vorhandenen Strukturen sowie der Gewährleistung eines optimierten Betriebes
- Entwicklung einer selbstlernenden prädiktiven Anlagenregelung, mit der ein optimierter Betrieb der KWK-Anlage unter aktiver Einbindung des Wärmespeichers möglich ist
- Entwicklung neuer Prognosesysteme für den elektrischen und thermischen Bedarf von Liegenschaften
- Entwicklung von Speichersystemen für die Kombination mit KWK-Anlagen, zur Verbesserung der Grundlast- und Regelenergiefähigkeit