TH-E Box der Weg zur solargestützten Energieautonomie

Transkript

1 TH-E Box der Weg zur solargestützten Energieautonomie 9. Innovationstagung der Randenkommission Franz Reichenbach ISC Konstanz e.v. 28. November 18

2 Ertragsschwankungen einer PV-Anlage Franz Reichenbach Randenkommission November 18 2

7 Verbrauch und Ertrag [kwh/d] Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Stromverbrauch [kwh/d] EV-Stromverbrauch [kwh/d] WW-Verbrauch [kwh/d] Heizung - Verbrauch [kwh/d] PV-Strom Ertrag [kwh/d] Franz Reichenbach Randenkommission November 18 7

12 Energieüberschuss [kwh/d] Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. PV-Strom Ertrag [kwh/d] Stromverbrauch [kwh/d] EV-Stromverbrauch [kwh/d]2 WW-Verbrauch [kwh/d] Heizung - Verbrauch [kwh/d] Franz Reichenbach Randenkommission November 18 12

13 Energiedefizit [kwh/d] Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Stromverbrauch [kwh/d] EV-Stromverbrauch [kwh/d] WW-Verbrauch [kwh/d] Heizung - Verbrauch [kwh/d] PV-Strom Ertrag [kwh/d] Franz Reichenbach Randenkommission November 18 13

14 Anforderungen Bedarf und Angebot in Einklang bringen Obwohl bzw. weil: Sich die Anforderung an den Energiebedarf über das Jahr gesehen komplett ändert. Sich die Verfügbarkeit der Energie über das Jahr gesehen komplett ändert. Franz Reichenbach Randenkommission November 18 14

15 Anforderungen Bedarf und Angebot in Einklang bringen Obwohl bzw. weil: Sich die Anforderung an den Energiebedarf über das Jahr gesehen komplett ändert. Sich die Verfügbarkeit der Energie über das Jahr gesehen komplett ändert. Ist diese Aufgabe überhaupt lösbar? Franz Reichenbach Randenkommission November 18 15

16 Was braucht es? eine clevere Technologie für die Energieerzeugung ein smartes Stromnetz geeignete Energieträger für eine Langzeitspeicherung (Saisonal: Sommer => Winter) Franz Reichenbach Randenkommission November 18 16

17 Welche Technik ist momentan schon verfügbar Technik Vorteile Nachteile PV-Anlage CO 2 -freie Stromerzeugung Im Winter nur noch 15% der Energieausbeute im Vergleich zum Sommer Franz Reichenbach Randenkommission November 18 17

18 Welche Technik ist momentan schon verfügbar Technik Vorteile Nachteile PV-Anlage CO 2 -freie Stromerzeugung Im Winter nur noch 15% der Energieausbeute im Vergleich zum Sommer Wärmepumpe Mit geringem Stromeinsatz kann die Umgebungsenergie in nutzbare Wärme umgewandelt werden Im Winter wird die Wärmepumpe ineffizient Franz Reichenbach Randenkommission November 18 18

19 Welche Technik ist momentan schon verfügbar Technik Vorteile Nachteile PV-Anlage CO 2 -freie Stromerzeugung Im Winter nur noch 15% der Energieausbeute im Vergleich zum Sommer Wärmepumpe Batteriespeicher Mit geringem Stromeinsatz kann die Umgebungsenergie in nutzbare Wärme umgewandelt werden Hoher Wirkungsgrad der Energiewandlung Im Winter wird die Wärmepumpe ineffizient Im Winter wird der Batteriespeicher kaum benutzt, da keine speicherbare PV-Energie mehr vorhanden ist, bzw. gleich verbraucht wird. Franz Reichenbach Randenkommission November 18 19

20 Welche Technik ist momentan schon verfügbar Technik Vorteile Nachteile PV-Anlage CO 2 -freie Stromerzeugung Im Winter nur noch 15% der Energieausbeute im Vergleich zum Sommer Wärmepumpe Batteriespeicher Mit geringem Stromeinsatz kann die Umgebungsenergie in nutzbare Wärme umgewandelt werden Hoher Wirkungsgrad der Energiewandlung Im Winter wird die Wärmepumpe ineffizient Im Winter wird der Batteriespeicher kaum benutzt, da keine speicherbare PV-Energie mehr vorhanden ist. Für den Winter braucht es eine künstliche Sonne, mit deren Hilfe man wie im Sommer Strom und Wärme erzeugen kann. Franz Reichenbach Randenkommission November 18

21 Welche Technik ist momentan schon verfügbar Technik Vorteile Nachteile PV-Anlage CO 2 -freie Stromerzeugung Im Winter nur noch 15% der Energieausbeute im Vergleich zum Sommer Wärmepumpe Batteriespeicher Mit geringem Stromeinsatz kann die Umgebungsenergie in nutzbare Wärme umgewandelt werden Hoher Wirkungsgrad der Energiewandlung Im Winter wird die Wärmepumpe ineffizient Im Winter wird der Batteriespeicher kaum benutzt, da keine speicherbare PV-Energie mehr vorhanden ist. Für den Winter braucht es eine künstliche Sonne, mit deren Hilfe man wie im Sommer Strom und Wärme erzeugen kann. Technik Vorteile Nachteile BHKW Erzeugt Strom und Wärme Wärme kann im Sommer meist nicht genutzt werden Franz Reichenbach Randenkommission November 18 21

22 Alles in einer Anlage BHKW Batteriespeicher Wärmepumpe PV Batteriespeicher Wärmepumpe BHKW Batteriespeicher Wärmepumpe Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Stromverbrauch [kwh/d] EV-Stromverbrauch [kwh/d] WW-Verbrauch [kwh/d] Heizung - Verbrauch [kwh/d] PV-Strom Ertrag [kwh/d] Franz Reichenbach Randenkommission November 18 22

23 TH-E Box vom ISC Konstanz TH-E Box ein Gerät für die thermische und elektrische Energieerzeugung Ein Gerät mit: Zwei Haupt-Energiequellen (Sonne und synthetischer Kraftstoff) Zwei Energiespeicher (thermischer und elektrischer Speicher) Zwei Energiewandlungsmöglichkeiten (Wärmepumpe und Blockheizkraftwerk) Zwei Möglichkeiten der Stromerzeugung (PV-Anlage u. Blockheizkraftwerk) Zwei Möglichkeiten der Wärmeerzeugung (Wärmepumpe und Blockheizkraftwerk) Zwei Energiesenken für Strom (Batteriespeicher und Wärmepumpe) Franz Reichenbach Randenkommission November 18 23

24 TH-E Box, mit Methanol-BZ Wärmepumpe: 12kW th Methanol-Brennstoffzelle als BHKW: 5kW el und 4,5kW th Lithiumspeicher: 15kWh Wechselrichter: 1kW 3ph Wärmespeicher: 1.l inkl. Hygienespeicher Franz Reichenbach Randenkommission November 18 24

25 Funktionsweise Franz Reichenbach Randenkommission November 18 25

26 Hohe Flexibilität Diese Kombination schafft viele Freiheitsgrade und einen Mehrwert für den Netzbetreiber: Strom kann dem Netz zur Verfügung gestellt werden, aber auch vom Netz abgenommen werden = die Anlagen sind netzdienlich Fast jedes beliebige Verhältnis zwischen Strom und Wärme kann erzeugt werden es wird immer die richtige Energiemenge produziert Die Anlage verarbeitet die Wettervorhersage: Kaltfront füllt Wärmespeicher Regenfront füllt den Batteriespeicher Die Anlage lernt aus der Vergangenheit und passt sich dem Nutzerverhalten und den Räumlichkeiten an Erhöhung der Autarkie Reduktion der CO 2 -Emissionen Erhöhung des Eigenverbrauchs von PV-Strom Franz Reichenbach Randenkommission November 18 26

27 Prioritäten des Stromverbrauchs Sofortverbrauch Elektrischer Stromspeicher Umwandlung in Wärme Erzeugung von Wasserstoff Franz Reichenbach Randenkommission November 18 27

28 Elektrolyse von Wasser Wasser + = Wasserstoff + Sauerstoff H 2 O + = H 2 + ½ O 2 Franz Reichenbach Randenkommission November 18 28

29 Synthetische Energieträger Kohlendioxid + Wasserstoff = Methanol + Wasser 3H 2 + CO 2 = CH 3 OH + H 2 O Kohlendioxid kommt z.b. aus der Kläranlage Gezeigter Prozess ist eine künstliche Photosynthese Aufbau von kohlenstoffhaltigen Energieträgern unter Verwendung von Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid Franz Reichenbach Randenkommission November 18 29

30 Ausblick in die Zukunft Verbindung der Abfallwirtschaft mit der Energiewirtschaft Beseitigung von organischen Abfällen trägt zur Energieerzeugung bei (feste Abfälle = Kompost; flüssige Abfälle = Kläranlage) Das bei der Kläranlage entstandene Kohlendioxid wird entnommen und Methanol erzeugt Nach der Brennstoffzelle wird das geborgte Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre entlassen. Das Kohlendioxid steht nun für die natürliche Photosynthese zur Verfügung was später wieder zu organischen Abfällen führen wird. Der (Kohlenstoff-)Kreislauf ist geschlossen. Franz Reichenbach Randenkommission November 18 3

31 Eine runde Sache! Franz Reichenbach Randenkommission November 18 31

32 Eine runde Sache! Natürliche Photosynthese Franz Reichenbach Randenkommission November 18 32

33 Eine runde Sache! Nahrungsmittel Natürliche Photosynthese Franz Reichenbach Randenkommission November 18 33

34 Eine runde Sache! Nahrungsmittel Natürliche Photosynthese Franz Reichenbach Randenkommission November 18 34

35 Eine runde Sache! Nahrungsmittel Natürliche Photosynthese Künstliche Photosynthese Franz Reichenbach Randenkommission November 18 35

36 Eine runde Sache! Nahrungsmittel TH-E Box Strom und Wärme Natürliche Photosynthese Künstliche Photosynthese Franz Reichenbach Randenkommission November 18 36

37 Franz Reichenbach ISC Konstanz e.v. Rudolf-Diesel-Straße 15 D Konstanz Tel.: Fax.: Internet: Franz Reichenbach Randenkommission November 18 37