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Erdgas-BHKW, Wärme- und Batteriespeicher: Stromlastspitzen- und –kostenreduktion mit BHKW

Gewerbe- und Industrie-Verbraucher bezahlen „Leistungspreise“ für Strom, d.h., je nach Tarif wird die höchste gemessene Leistung des Monats oder Jahres als Berechnungsgrundlage des Strompreises verwendet. Intelligent gesteuerte BHKW können Leistungsspitzen und Stromgebühren stark senken.

BHKW Bildquelle: © Fraunhofer IISB

Um bis zu 20 Prozent senken Forscher des Fraunhofer Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB die Stromverbrauchs-Lastspitzen, indem sie ein intelligent gesteuertes Erdgas-Blockheizkraftwerk in Verbindung mit einem Warmwasserspeicher und einem elektrischen Batteriespeicher betreiben.

Lastspitzenreduktion Bildquelle: © Fraunhofer IISB

Durch den optimierten Einsatz von BHKW und Batterie konnten Lastspitzen vermieden und damit erhebliche Stromkosten eingespart werden.

In BHKW treibt ein Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung an. Da die Abwärme von BHKW zur Unterstützung der Wärmeversorgung vor Ort eingesetzt wird, ergibt sich ein sehr hoher energetischer Wirkungsgrad. Industrielle BHKWs sind dabei meist wärmegeführt, d.h. die Wärmegrundlast ist der Maßstab, nachdem das BHKW ausgelegt und betrieben wird, damit es eine möglichst hohe Jahreslaufzeit erreicht. Das Fraunhofer IISB in Erlangen hat ein Gas-BHKW bei der Erweiterung seiner Institutsinfrastruktur integriert, wobei die Installation eines Wärmespeichers eine zeitliche Entkoppelung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch und eine Verkürzung der Amortisationszeit ermöglichte.

Das BHKW wird am IISB so betrieben, dass gezielt Lastspitzen vermieden und der Fremdbedarf an elektrischem Strom im Lastspitzenfall vermieden wird. Im Normalbetrieb wird ein Teil der Kapazität des Wärmespeichers zurückgehalten, sodass bei einer Lastspitze das BHKW auch bei fehlendem Wärmebedarf für eine zuvor definierte Mindestdauer betrieben werden kann. Die überschüssige Wärme wird dabei in den Puffertanks zwischengespeichert. Unabhängig vom wärmegeführten Normalbetrieb kann so das Blockheizkraftwerk kurzfristig zu elektrischen Hochlastzeiten betrieben werden. Eine zusätzliche Batterie überbrückt die Minuten, die das BHKW benötigt, um aus dem Bereitschaftszustand auf Nennleistung zu kommen.

Im Vergleich zu Reduktionsstrategien, die nur auf einem elektrischen Batteriespeicher basieren, spart die Verknüpfung von Blockheizkraftwerk, Batterie und Wärmespeicher Investitionskosten bezüglich der Batteriekapazität. Während elektrische Batteriespeicher hohe Kosten im Bereich von 500 € pro kWh aufweisen, ist das thermische Äquivalent für etwa ein Zehntel des Preises erhältlich. Das IISB entwickelte ferner Auslegungsalgorithmen, mit denen Batteriespeicher, Blockheizkraftwerk und thermischer Speicher für eine Lastspitzenreduktionsanwendung individuell dimensioniert und optimiert werden können.