Potenziale des Wärmespeichermanagements in KWK-Anlagen für virtuelle Kraftwerke

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Dominik Busch
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Potenziale des Wärmespeichermanagements in KWK-Anlagen für virtuelle Kraftwerke Problemstellungen Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Stromoptimierter Betrieb von BHKW Fazit Prof. Dr.-Ing.

1 Potenziale des Wärmespeichermanagements in KWK-Anlagen für virtuelle Kraftwerke Problemstellungen Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Stromoptimierter Betrieb von BHKW Fazit Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas Reutlingen Research Institut RRI / Reutlinger Energiezentrum REZ Hochschule Reutlingen bernd.thomas@reutlingen-university.de Prof. Dr.-Ing. Bernd Thomas, wiss. Leiter RRI, Fak. Technik, Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, Reutlingen, Tel. +49 (0) , Fax +49 (0) , bernd.thomas@reutlingen-university.de

und Windparks, wie sie nach UBA für 2050

2 Problemstellung 1 : Dunkle Flauten Speicher + BHKW mit erforderliche Wärmespeichern Reststromerzeugung Modellrechnung für voll ausgebaute Solar- und Windparks, wie sie nach UBA für 2050 angestrebt werden, Prof. Ch. Buchal, Forschungszentrum Jülich

3 Problemstellung 2: Die 2 Säulen der Energiewende konventionelle Energien 2. Energieeffizienz 1. Erneuerbare Energien KWK (Kraft-Wärme-Kopplung) Betrieb der BHKW mit CO 2 -neutralen Brennstoffen, z.b. Biogas, regenerativ erzeugter H 2 oder Methan (PowerToGas) o.ä.

4 Prinzipdarstellung KWK-Gerät oder Blockheizkraftwerk (BHKW) Abgas Abgaswärmetauscher (event. mit Kondensation) Nutzwärme Katalysator (teilw. nicht erforderlich) Brennstoff (Erdgas, Heizöl, "Bio"-Brennstoffe) elektr. Leistung Kraftmaschine Generator

5 Primärenergieeinsparung: KWK Kraftwerk+Heizkessel Gekoppelte Wärme- und Stromerzeugung in einem BHKW: Getrennte Wärme- und Stromerzeugung im Kraftwerk und im Heizkessel: 33% erhöhter Brennstoffeinsatz

6 Herausforderung: Entkopplung der parallelen Produktion von Strom und Wärme el. Leistung [kw] 3,5 3,0 Strombedarf [kw] 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit Therm. Leistung [kw] Wärmebedarf [kw] :00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit

7 Herausforderung: Entkopplung der parallelen Produktion von Strom und Wärme Derzeit: wärmegeführter Betrieb mit unkontrollierter Stromeinspeisung Benötigt wird eine kontrollierte Stromeinspeisung bei gleichzeitiger Deckung des Wärmebedarfs. (stromoptimierter Betrieb) Batteriespeicher aufwändig, da u.a. zusätzliche Wechselrichter erforderlich und /kwh Wärmespeicher ohnehin an einer KWK-Anlage vorhanden

8 Forschungsprojekt am REZ Stromoptimierter Betrieb von KWK-Anlagen durch intelligentes Wärmespeichermanagement gefördert vom Umweltministerium Baden-Württemberg Laufzeit:

9 Forschungsprojekt am REZ - Steuerungskonzept

10 Forschungsprojekt am REZ Speicherenergiebestimmung Beschreibung der Temperaturschichtung im Wärmespeicher mit Hilfe einer Gompertzfunktion:

11 Forschungsprojekt am REZ - Lastprognose Ziel: Vorhersage der Strom- und Wärmelastgänge für die 24h des Folgetages in möglichst hoher zeitlicher Auflösung therm. Leistung [kw] Vergleich Wärmeprognose und Bedarf :00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit [hh:mm] Wärmeprognose [kw] Wärmebedarf [kw] el. Leistung [kw] Vergleich Stromprognose und Bedarf 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit [hh:mm] Stromprognose [kw] Strombedarf [kw]

12 Forschungsprojekt am REZ Fahrplanerstellung Kapazität des Wärmespeichers (Flexibilität)

13 Gebäude-Typ Tübinger Innovationstage Forschungsprojekt am REZ Feldtestanlagen Feldtestanlage 1 Reutlingen Doppelhaushälfte mit 1 Wohneinheit Feldtestanlage 2 - Ofterdingen Freistehendes Gebäude mit 1 Wohneinheit sowie 2 kleinen Gewerbeeinheiten BHKW Vaillant ecopower 1.0 Senertec Dachs SE G5.5 Leistung elektrisch 1 kw 5,5 kw Leistung thermisch 2,5 kw 14,8 kw (mit Brennwert- Kondenser) Speicher 750 l-wendelspeicher 900 l-wendelspeicher Zusatzkessel 20 kw nicht in Betrieb online seit August 2014 Dezember 2014 Auf die Daten beider Feldtestanlagen kann von der Hochschule online zugegriffen werden, und die Anlagen werden von der Hochschule seit dem Frühjahr stromoptimiert angesteuert.

14 Forschungsprojekt am REZ Variation Adhoc-Parameter Eigenstrom: Simulationsergebnisse für die Feldtestanlage Ofterdingen TT AAAAAAAAA = 33, 88 CC TT AAAAAAAAA = 1111, 55 CC TT AAAAAAAAA = 1111, 22222

15 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse Hochrechnung der Simulationsergebnisse für die Feldtestanlage Ofterdingen auf ein gesamtes Jahr.

16 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse Nettostromerlöse pro Jahr

17 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse Anzahl BHKW-Starts pro Jahr

18 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse Wärmeverluste am Speicher pro Jahr

19 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse

20 Forschungsprojekt am REZ Simulationsergebnisse Jährliche Betriebskosten

21 Fazit Tübinger Innovationstage Der Wärmespeicher einer KWK-Anlage kann genutzt werden, um den Betrieb des BHKWs in die Zeiten des Stromverbrauchs zu verlagern. (wärmegeführter => stromoptimierter Betrieb) Eine Adhoc-Zuschaltfunktion verbessert das Ergebnis gegenüber eines auf Basis von Prognosen erstellten Fahrplans. Zu beachten sind die erhöhte Anzahl BHKW-Starts und erhöhte Wärmeverluste am Speicher im stromoptimierten Betrieb. => Diese Parameter müssen in die Optimierung des BHKW-Betriebs einfließen.

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