Beschreibung

In diesem Vorhaben wird ein Quartier aus Gebäuden auf dem ehemaligen Gelände der Oberschwabenkaserne mit Strom und Wärme versorgt. Dazu wird Photovoltaik und Speicher, BHKW- und Wärmepumpentechnik eingesetzt. Die dazu errichteten Energieanlagen wurden nicht nur so betrieben, dass Strom und Wärme genau nach Bedarf des Quartiers bereitgestellt wurde, sondern auch so, dass je nach externem Signal auch elektrische Energie in das Niederspannungsnetz eingespeist oder aus dem Netz bezogen werden konnte. Das Besondere ist die dezentrale Energiebereitstellung durch die TH-E Boxen, wobei "TH" für die thermische und "E" für die elektrische Energieversorgung steht. Jede TH-E Box besteht aus einer Kombination aus BHKW und Wärmepumpe, verbunden mit einem elektrischen und einem thermischen Speicher. Um das Quartier in der Winterjahreszeit zu beheizen, konnte zu jedem Zeitpunkt entschieden werden, ob die Bereitstellung der Wärme, je nach Netzauslastung, durch die Wärmepumpe (Strombezug) oder das BHKW (Netz-Einspeisung) bereitgestellt werden sollte. Zunächst wird illustriert, wie die Energieerzeugungsanlagen elektrisch und hydraulisch verschaltet sind. Es ist aufgelistet, wie sich die elektrischen Flexibilitäten von -33kW bis hin zu +33kW über Speicher, Wärmepumpen und BHKWs etc. zusammensetzen. Wir gehen im Abschlussbericht auf das eigens entwickelte Energiemanagement und die verwendeten Open Source Projekte ein. Das Ziel, ein negatives Lastprofil herzustellen und einzuspeisen, wurde erfüllt. Wir zeigen in diesem Bericht auch, wie wir innerhalb von 120ms auf Netzzustandsgrößen wie z.B. Abweichungen von der optimalen Netzfrequenz reagieren können, indem wir Energie einspeisen oder aus dem Netz nehmen. Die Prozesssteuerung geschieht über die selbst entwickelte MPC (Model Predictive Control). Die MPC ist ein relativ einfaches lineares Optimierungsmodell, das auf einem Einplatinenrechner lauffähig ist. Sie wurde als MILP (Mixed Integer Linear Programming) entwickelt und errechnet viertelstündlich die optimale Ansteuerung der Eingänge anhand dieses linear-algebraischen Modells. Unser Ehoch4 Quartier 4.0-Konzept, Photovoltaik-Energieversorgungssysteme in der Winterjahreshälfte mittels Sektorenkopplung (BHKW/Brennstoffzelle) und Wärmepumpe netzdienlich zu ergänzen, ist hiermit gezeigt. Die Gebäude werden warm - ob dabei elektrische Leistung in das Quartier fließt (Wärmepumpenbetrieb) oder das Quartier verlässt (BHKW-Betrieb) entscheidet z.B. der Netzzustand, ein Preissignal oder eine andere Messgröße. Die wirtschaftliche Bewertung zeigt, dass die jährlichen Kosten für unser System vergleichbar mit einer Standardversorgung mittels Gas-Brennwerttechnik und Strombezug aus dem Netz oder auch mit einer Versorgung aus Wärmepumpe und Photovoltaik sein können, dass es aber eine deutliche Verschiebung von Opex in Richtung Capex gibt, d.h. die Stromgestehungs-kosten sind günstig, aber die Investition in das Equipment ist vergleichsweise teuer. Die CO2-Werte liegen mit unserer Technik typischerweise bei 50% im Vergleich zur Standardlösung, falls als Ergänzungsenergieträger Erdgas verwendet wird (bei Biogas entsprechend niedriger). Ehoch4 Quartier 4.0 wird hoffentlich Vorbildcharakter für die gesamte Region Hohentengen und das Umland haben, so dass wir zuversichtlich sind, unseren Beitrag auf dem Weg zu einer CO2-freien Energieversorgung geleistet zu haben und vor allem auch noch leisten werden. Ohne diese öffentliche Projektförderung wäre der Weg so nicht eingeschlagen worden.