08. September 2021

Ein optimierter Regelalgorithmus erweitert die Betriebsmöglichkeiten dezentraler, mit Biomasse betriebener Mini-Blockheizkraftwerke. So können Betreiber die Stromproduktion für den Eigenverbrauch effektiv nutzen und ihre Anlagen netzdienlich betreiben.

Strom aus erneuerbaren Energiequellen stellt einen zunehmend größeren Anteil in den Verteilnetzen der Energieversorger dar. Für die Betriebsführung der Verteilnetze werden deshalb neue und angepasste Strategien benötigt. Je nach Region sind die Stromerzeuger aus regenerativen Energiequellen räumlich sehr unterschiedlich verteilt. Zudem variieren Anlagenanzahl und -art. Das resultiert für den Netzbetreiber in jeweils unterschiedlichen Maßnahmen, um einen sicheren und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten. Besonders im ländlichen Raum besteht zeitweise ein lokales Überangebot an Strom, dem weder eine adäquate Menge an Verbrauchern noch Netzkapazitäten in ausreichendem Maße gegenüber stehen.

Ziel des Projekts SNuKR, kurz für „Steigerung des Nutzens von kleinen, biomassebefeuerten BHKWs durch bedarfsgerechte Regelung“ ist es, mit fester Biomasse betriebene Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW) effizient und effektiv in das lokale Stromnetz zu integrieren. Hierfür haben Forscherinnen und Forscher vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig und vom Europäischen Institut für Energieforschung (EIFER) in Karlsruhe innovative Regelungsalgorithmen entwickelt und und untersucht, wie wirksam diese sind. Gemeinsam mit dem Hersteller von Kleinst-BHKW ÖkoFEN aus Mickhausen haben sie die Einsatzmöglichkeiten kleiner biomassebefeuerter Blockheizkraftwerke optimiert, um die Vorteile dieser Technologie konsequent zu nutzen: Energie aus Biomasse steht kontinuierlich bereit und kann Schwankungen der Wind- und Solarenergie kompensieren. Zusätzlich wurden Ansätze untersucht, um das Erzeugungs- und Lastmanagement für elektrische Energienetze aus thermischen Energienetzen heraus zu unterstützen.

Neuer Algorithmus steuert Biomasse-BHKW

Die Forscherinnen und Forscher haben zwei marktverfügbare Geräte untersucht und bewertet, einen Holzpelletkessel mit einem Stirlingmotor sowie einen Holzvergaser mit Verbrennungsmotor. Die entwickelte Methodik lässt sich für beliebige Aggregate und Leistungsbereiche nutzen.

Kleine Blockheizkraftwerke sind als steuerbare Energieerzeuger auf Niederspannungsebene für einen netzdienlichen Betrieb geeignet und können einen Beitrag zur Versorgungssicherheit und Systemstabilität leisten. Bei biomassebefeuerten Anlagen lässt sich dieses netzdienliche Verhalten zusätzlich mit einem erneuerbaren Brennstoff erzielen. Momentan wird diese Geräteklasse überwiegend wärmegeführt betrieben. Das heißt, Nutzerverhalten, Jahreszeit und Wetterlage bestimmen die Stromeinspeisung abhängig vom Wärmebedarf.

Um den Anlagenbetrieb zu optimieren, haben die Forscherinnen und Forscher zunächst das optimale Betriebszeitfenster für das BHKW ermittelt. Die Basis dafür bilden sowohl der aktuelle als auch der für zwölf Stunden im Voraus prognostizierte Zustand des Wärmespeichers in Kombination mit dem Wärme- und Strombedarf. Um die Funktionsweise des Algorithmus zu demonstrieren, diente die Residuallast als Kriterium für den Zustand des Stromnetzes. Dabei handelt es sich um den Anteil am Stromverbrauch, der unabhängig von den volatilen Energieträgern Wind und Sonne ist, also mehrheitlich aus konventionellen Quellen gedeckt wird.

Zukünftig können auch lokale Spannungsbänder, Strombörsenpreise oder beliebige andere, vom Energieversorger bereitgestellte, Signale im Algorithmus verwendet werden. Das Spannungsband definiert die obere und untere Grenze der Spannung, die Netzbetreiber in ihren Netzen einhalten müssen. Darüber hinaus ist der Algorithmus in der Lage, den Stromeigenverbrauch zu optimieren. Dazu lässt sich der lokale Strombedarf als Kriterium für das optimale Betriebszeitfenster festlegen.

Flexibler Anlagenbetrieb unterstützt nachhaltige Energiesysteme

Kleine biomassebefeuerte Blockheizkraftwerke lassen sich bereits heute netzdienlich betreiben. Dazu haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Strombezug in Phasen mit geringer Residuallast und die Stromerzeugung in Zeiten mit hoher Residuallast verschoben. Für diese Verfahrensweise fehlt es momentan an finanziellen Anreizen. Das erschwert den Einsatz entsprechender Algorithmen. Hierfür wären dynamische Vergütungssätze und Strompreise erforderlich: „Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Flexibilitäten von kleinen Blockheizkraftwerken bereits heute mobilisierbar sind. Dadurch könnten auch dezentral betriebene BHKW dazu beitragen, Spitzenstrom bereitzustellen und die notwendige Transformation des Energiesystems kurzfristig und effizient zu unterstützen,“ erläutert Dr. Daniel Büchner vom DBFZ in Leipzig. (mm)

Kontakt

Dr. Daniel Büchner
DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH
Torgauer Str. 116
04347 Leipzig
+49 341 2434-543

www.dbfz.de
Bei EnArgus, dem zentralen Informationssystem zur Energieforschungsförderung, befindet sich unter anderem eine Datenbank mit sämtlichen Energieforschungsprojekten – darunter auch dieses Projekt.