Mit dem Ausbau von Wind- und Sonnenenergie wächst der Anteil fluktuierenden Stroms. Diese Schwankungen lassen sich derzeit noch durch konventionelle Kraftwerke ausgleichen, in Zukunft sinken diese Regelmöglichkeiten jedoch. Hinzu kommt, dass sich die Strominfrastruktur wandeln muss - vom bedarfsgerechten Erzeugen hin zum erzeugungsgerechten Verbrauch.
Das bedeutet, dass in viel stärkerem Maße als bisher der Stromverbrauch dann stattfinden muss, wenn auch das Angebot zur Verfügung steht. Dazu sind sowohl intelligente Stromnetze (Smart Grids) als auch intelligente Systeme auf der Verbraucherseite erforderlich, die miteinander kommunizieren können.
Aufgrund ihrer kurzen Startzeiten und der damit einhergehenden kurzfristigen Verfügbarkeit des erzeugten Stroms sind Mikro-KWK-Systeme gut geeignet, den schwankend erzeugten Strom aus erneuerbaren Energien zu kompensieren. Außerdem erzeugen sie den Strom dezentral und benötigen somit keine Netzkapazität. Dazu bietet sich der Aufbau von virtuellen Kraftwerken an. Je nach Bedarf werden dabei mehrere kleine, dezentral installierte Energieerzeuger zusammengeschlossen, sodass sie wie ein größeres Kraftwerk agieren.
Dezentrale Stromversorgung
Neue Konzepte und technische Lösungen für die dezentrale Stromversorgung werden in dem Modellprojekt E-Dema entwickelt und erprobt. E-Dema steht für „Entwicklung und Demonstration dezentral vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft.“ Viessmann beteiligt sich an diesem Projekt mit dem Mikro-KWK-System Vitotwin 300W sowie dem Viessmann-Energiemanagement - einer Software, die den Datenaustausch mit dem Netzbetreiber ermöglicht. Beides wird nun in einem Feldtest erprobt. Insgesamt 14 im Raum Mülheim an der Ruhr und Krefeld geplanten Feldtestanlagen sind in Betrieb gegangen.
Seriengeräte mit Stirlingmotor im Feldtest
Bei den in den Feldtestanlagen eingesetzten Mikro-KWK-Systemen handelt es sich um Seriengeräte. Der integrierte Freikolben-Stirlingmotor arbeitet ohne Kurbelwelle in einem hermetisch geschlossenen System mit Helium als Arbeitsmittel und ist damit wartungsfrei. Die Bewegung des Arbeitskolbens wird in einem integrierten Lineargenerator in elektrische Energie umgesetzt, die Abwärme des Motors zum Heizen des Wohnraums und Erwärmen des Trinkwassers genutzt. Die Wärmeleistung von 6kW thund die elektrische Leistung von 1kW elentsprechen dem üblichen Grundbedarf eines Einfamilienhauses im Bestand.
Zum Decken von Bedarfsspitzen an besonders kalten Tagen und zum Erwärmen des Trinkwassers liefert das eingebaute Gas-Brennwertgerät zusätzlich bis zu 20kW Wärmeleistung. Durch Nutzen der Kondensationswärme sowohl aus den Abgasen des Stirlingmotors als auch des Spitzenkessels erreicht das Gerät einen Norm-Nutzungsgrad von bis zu 96 Prozent (H s).
Energiemanagement für Mikro-KWK-Systeme
Jede Feldtest-Anlage ist zusätzlich mit einem PC gekoppelt, auf dem die Energiemanagement-Software installiert ist. Das Energiemanagement passt den Betrieb des Mikro-KWK-Systems an die aktuelle Situation im Stromnetz an. Ist der Bedarf größer als das Angebot der Versorger, kann die zuständige Netzleitstelle über ein im Haus installiertes Gateway eine automatisch generierte Anfrage an das Energiemanagement richten. Die Software wertet die Anfrage aus, wobei der Wärme- und Strombedarf des Gebäudes Vorrang haben. Das heißt: Wird zum Zeitpunkt der Anfrage Wärme benötigt oder kann die erzeugte Wärme in einem Pufferspeicher bevorratet werden, wird das Mikro-KWK-System umgehend gestartet und der dann erzeugte Strom wie benötigt in das öffentliche Netz gespeist.
Mit einer größeren Anzahl derart ausgestatteter, dezentral installierter Stromerzeuger entsteht ein „Internet-Marktplatz der Energie“, auf dem Energieerzeugung und -verbrauch in Einklang gebracht werden. Im Ergebnis steigt die Versorgungssicherheit. Immer wenn witterungsabhängige Stromerzeuger wie Windkraft- oder Photovoltaik-Anlagen zu wenig oder gar keinen Strom liefern, lässt sich mit der nun in die Erprobung gegangenen Technologie die zum Decken der Versorgungslücke benötigte Anzahl an KWK-Systemen zuschalten. Die Betreiber dieser Anlagen erhalten dafür attraktive Bonuszahlungen.
Neue Geschäftsmodelle entwickeln und erproben
Auf dem E-Energy-Marktplatz wird nicht nur mit Strom gehandelt. Denkbar sind auch neue Dienstleistungen wie „nur bei Sonnenschein und Wind verbrauchen“ oder „bei Spitzenbedarf einspeisen“. Entsprechende Geschäftsmodelle werden im E-Dema-Projekt entwickelt und erprobt.
