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Forschung: Die Zukunft der Strom-Wärme-Kopplung

Verladung des 11 m³ großen Wärmespeichers. / Pressebild: evo AG

Der Markt reagiert auf die schwankende Stromerzeugung durch erneuerbare Energien, im Extremfall heißt das:

(WK-intern) – Wer Strom erzeugt, muss dafür bezahlen. Gefordert ist daher eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Energie.

Der Workshop »UMSICHT: Zur Sache! – Strom-Wärme-Kopplung neu denken«, am 1. Dezember 2016 bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, widmet sich neuen Konzepten bei der Kraft-Wärme-Kopplung. Sie können auf schwankende Preisentwicklungen im Markt reagieren und Engpässe im lokalen Netz ausgleichen.

Das zukünftige Energiesystem wird von erneuerbaren Energien geprägt sein. Die Energieerzeugung unterliegt dabei witterungs- und tageszeitbedingten Fluktuationen. Da gleichzeitig die Stromproduktion aus fossilen Kraftwerken zu unflexibel ist, kommt es zunehmend zu der Situation, dass mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Die Energiemärkte reagieren empfindlich auf diesen Effekt. Negative Strompreise sind die Folge, das bedeutet: Wer Strom erzeugt, muss dafür bezahlen.

Dies klingt zuerst einmal erschreckend, bedeutet jedoch nichts anderes, als dass bei der Erzeugung und Nutzung von Energie ein Umdenken stattfinden muss, um innerhalb eines regenerativen Energiesystems erfolgreich agieren zu können. Energie aus Wind und Sonne muss dazu optimal genutzt werden, und auch an windarmen, bewölkten Tagen oder nachts muss ausreichend Energie bereitgestellt werden können.

Wichtiger Baustein

Die Abteilung Energiesysteme bei Fraunhofer UMSICHT entwickelt Modelle und Technologien, die dies zukünftig ermöglichen sollen. Neben Prognosemodellen und Speichertechnologien ist hier die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), also die Stromerzeugung bei gleichzeitiger Nutzung der an Brennstoffzellen, Motoren oder Turbinen entstehenden Wärme ein wichtiger Baustein. Allerdings kann die KWK diese Rolle nur übernehmen, wenn sie anders eingesetzt wird als bisher. Neue Versorgungskonzepte, Betriebsweisen und Geschäftsmodelle sind gefragt.

Gegenwärtig wird eine hohe Auslastung von KWK-Anlagen für einen wirtschaftlichen Betrieb vorausgesetzt. Zukünftig werden diese Anlagen aber insbesondere dann wirtschaftlich agieren und einen großen Nutzen für das Energiesystem darstellen, wenn sie den Strom zu Zeiten erzeugen, an denen zu wenig Wind- und Solarstrom zur Verfügung steht und gleichzeitig hiervon unabhängig die Anforderungen an die Wärmeerzeugung erfüllen können.

Eine Lösung kann in der Kombination von KWK-Anlagen mit Wärmespeichern und Power-to-Heat-Konzepten liegen. So betriebene KWK-Anlagen liefern bedarfsgerecht Strom und Wärme, insbesondere auch wenn nicht genügend Wind- und Sonnenenergie bereitstehen. Sie können flexibel auf die Situation in den Energiemärkten reagieren – was ein großer Vorteil gegenüber Großkraftwerken ist. Mit Biogas betrieben, würden die KWK-Systeme die Wärmeversorgung mit regenerativen Energien voranbringen.

Flexible Nahwärmeinsel in Oberhausen

Im Rahmen des von der Energieversorgung Oberhausen AG (evo) und Fraunhofer UMSICHT umgesetzten Projekts »Flex KWK« wird derzeit im Oberhausener Stadtteil Barmingholten ein Nahwärmenetz von einer Versorgung mittels Heizkesseln auf eine Wärmeversorgung durch KWK umgestellt. Die 150 Wohneinheiten werden nach der Umstellung durch ein Blockheizkraftwerk, einen großen Wärmespeicher sowie einen elektrischen Warmwassererzeuger versorgt. Auf diese Weise kann sich die Siedlung zu einer flexiblen Nahwärmeinsel entwickeln: Strom wird produziert, wenn er benötigt wird, die dabei entstehende Wärme in ausreichender Menge gespeichert. Nach der Inbetriebnahme erfolgt der Demonstrationsbetrieb. Unter Hinzunahme der gewonnenen Messdaten aus der Praxis bewerten die Wissenschaftler von Fraunhofer UMSICHT KWK-Konzepte unter unterschiedlichen Marktbedingungen. Ziel ist es, für weitere Projekte erfolgversprechende Standorte und günstige Rahmenbedingungen zu identifizieren.
Der Workshop »UMSICHT: Zur Sache! – Strom-Wärme-Kopplung neu denken«, am 1. Dezember 2016 bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, thematisiert genau solche intelligenten Versorgungskonzepte. Experten aus Wissenschaft und Industrie erklären die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Dazu gibt es Erfahrungsberichte aus der Praxis und die Chance für die Teilnehmenden mitzudiskutieren.

Die Reihe

Die Referenten von »UMSICHT: Zur Sache!« erläutern wissenschaftlich-technische Sachverhalte verständlich, stellen die Produkte angewandter Forschung und Entwicklung zur industriellen Nutzung vor, wagen Prognosen für Zukunftsmärkte und reden über die praktische Umsetzung. Die Reihe findet mehrmals im Jahr, immer donnerstags bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen statt und richtet sich an Personen aus den Bereichen Geschäftsführung, Betriebsleitung und Medien, an Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus Forschung und Entwicklung sowie an fachlich Interessierte. Studierende, Absolventinnen und Absolventen entsprechender Fachrichtungen sind gern willkommen.

Förderhinweis
Das Projekt FlexKWK wird vom Bundeswirtschaftsministerium BMWi gefördert und von der Energieversorgung Oberhausen AG umgesetzt. Die Entwicklung, Optimierung und Bewertung der FlexKWK-Konzepte erfolgt im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung Fraunhofer UMSICHT.

PM: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Verladung des 11 m³ großen Wärmespeichers. / Pressebild: evo AG

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