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Innovationskunst

Energiesysteme neu denken

Fraunhofer IISB betreibt das Blockheizkraftwerk des Monats. Die Zeitschrift Energie und Management hat das Blockheizkraftwerk am Fraunhofer IISB in Erlangen zum "BHKW des Monats" ernannt.

In ihrer Ausgabe vom 15. Juni 2020 berichtet die "Zeitung für den Energiemarkt" über das intelligente Lastmanagement des Forschungsinstituts mit Blockheizkraftwerk, Batterie und Wärmespeicher, das erhebliche Einsparpotentiale bietet.

Blockheizkraftwerke (BHKW) sind mittlerweile weit verbreitet, sei es im privaten Bereich zur Beheizung von Wohnanlagen oder in der Industrie zur Versorgung energieintensiver Prozesse. In gängigen BHKW treibt ein klassischer Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator an und die Abwärme des Motors übernimmt zusätzlich die Wärmeversorgung vor Ort. Durch die Nutzung des elektrischen Stroms sowie der anfallenden Wärme besitzen BHKW einen guten Gesamtwirkungsgrad. Auch am Fraunhofer IISB in Erlangen wurde ein Blockheizkraftwerk installiert. Betrieben mit Erdgas, hilft das BHKW sowohl den Bedarf an Fernwärme als auch den externen Strombedarf zu reduzieren.

Das IISB geht dabei aber noch einen wesentlichen Schritt weiter und hat das BHKW mit einem eigenen Wärmespeicher und einer elektrischen Batterie kombiniert. Dadurch lässt sich das BHKW jetzt viel flexibler und bedarfsgerechter betreiben. In Verbindung mit einer intelligenten Betriebsstrategie können beispielsweise kurzzeitige Erhöhungen im Stromverbrauch ausgeglichen werden, ein Thema, das besonders die Industrie interessiert. Denn bei vielen Unternehmen werden die Stromkosten nicht durch den Gesamtverbrauch bestimmt, sondern durch den größten Leistungsbezug im betrachteten Abrechnungszeitraum. Beim gleichzeitigen Betrieb von Großgeräten entstehen Lastspitzen, welche so die Stromrechnung deutlich in die Höhe schrauben können.

Um die Lastspitzen zu reduzieren, bietet es sich an, selbst erzeugten Strom aus dem BHKW zu nutzen. Was theoretisch so einfach klingt, ist in der Praxis aber gar nicht so leicht umzusetzen. Bislang orientiert sich der klassische Betrieb eines Blockheizkraftwerks in einem Industriebetrieb am Wärmeverbrauch. Was aber, wenn die im BHKW erzeugte Wärme gerade nicht benötigt, dafür aber viel Strom verbraucht wird? Genau hier setzt das Konzept des Instituts an: Im Modell des IISB bestimmen die Lastspitzen die Betriebszeiten mit. Dazu nimmt ein zusätzlich installierter Wärmespeicher die überschüssige Wärme des BHKW auf und gibt sie wieder ab, wenn sie wirklich gebraucht wird. Die Entkoppelung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch durch den Wärmespeicher flexibilisiert also den Betrieb des BHKW, erhöht seine Jahreslaufzeit und senkt die Amortisationsdauer.

Neben der Wärme soll durch das Blockheizkraftwerk aber auch der elektrische Strom bedarfsgerecht erzeugt werden. In der Regel benötigen Blockheizkraftwerke einige Minuten, um aus dem Bereitschaftszustand ihre Nennleistung zu erreichen. Ein weiteres Element im Konzept des IISB ist daher ein Batteriesystem, das den Anfahrvorgang des BHKW überbrückt, es bei Spitzenlasten unterstützt und kleine Lastspitzen selbstständig abdeckt. Die Kombination von Wärme- und Batteriespeicher ist in der Investition übrigens deutlich günstiger als die Verwendung eines – dann erheblich größeren – Batteriespeichers alleine. Bestandsanlagen können auch im Nachhinein mit der intelligenten Betriebsstrategie nachgerüstet werden, soweit die technischen Daten in der passenden Größenordnung liegen. All das bedeutet für die Industrie handfeste Kostenersparnisse.

Bereits seit mehreren Jahren organisiert und betreibt das Fraunhofer IISB seine eigene Infrastruktur als „Reallabor für die Energietechnik“. Durch den konsequenten Ausbau und zahlreiche Innovationen hat sich mittlerweile der gesamte Institutskomplex zu einer großen Forschungs- und Demonstrationsplattform entwickelt. In seiner Dimension entspricht das durchaus einem mittelständischen Industriebetrieb. Perfekte Voraussetzungen also, um bei laufendem Betrieb nachhaltige Energieforschung zu betreiben und praxistaugliche Lösungen für die Energiewende zu erarbeiten. So lässt sich auch das BHKW-Konzept des Instituts direkt auf andere Unternehmen und Anlagen übertragen. Das IISB bietet hierfür maßgeschneiderte Lösungen für die Anlagendimensionierung und liefert auch gleich die optimale Betriebsstrategie.

Der innovative Einsatz eines Blockheizkraftwerks in Kombination mit Wärmespeicher und Batteriesystem hat auch die Herausgeber von Energie & Management überzeugt. Das Fraunhofer IISB in Erlangen freut sich über die Wahl seines Systems zum „BHKW des Monats“.

Text: Fraunhofer IISB

presse fraunhofer iisb

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Blockheizkraftwerk und Warmwasserspeicher im energietechnischen Reallabor des Fraunhofer IISB. Bild: Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB