Forschung für Energieeffizienz: Projekt: Regionales virtuelles Kraftwerk auf Basis der Mini- und Mikro-KWK-Technologie (RVK)

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Regionales virtuelles Kraftwerk auf Basis der Mini- und Mikro-KWK-Technologie (RVK)

Bilanzkreis des Regionalen Virtuellen Kraftwerks im Niederspannungsnetz

Die energetischen Versorgungsstrukturen in Deutschland unterliegen derzeit einem starken Wandel. Dies wird vor allem durch die politischen Rahmenvorgaben zum Ausbau der erneuerbaren Energien sowie dem nationalen Ausstieg aus der Kernenergie gestützt. Dabei ist der Trend zu erkennen, dass die Energieversorgung in Deutschland in Zukunft deutlich dezentraler ausgerichtet werden soll. Dadurch gerät die Mini- und Mikro-KWK- Technologie verstärkt in den Fokus der Betrachtungen. Im Forschungsprojekt RVK I des Instituts für Energietechnik sowie des Instituts für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik der TU Dresden wurde das Wechselspiel zwischen KWK-Systemen und elektrischen Verbrauchern im Gebäude untersucht. Hierbei erfolgten detaillierte energetische Analysen der einzelnen Systeme unter verschiedensten Einsatzbedingungen wie Gebäudegröße, Gebäudetyp und Nutzerverhalten - aber auch übergeordnete Regel- und Optimierungsstrategien im System-Verbund. Inhalt waren ebenso autarke Betriebsweisen (Inselbetrieb) von Mini- und Mikro–KWK Systemen. Die Erkenntnisse werden nun in dem Folgeprojekt „Praxiserprobung des Regionalen Virtuellen Kraftwerks auf Basis der Mikro-KWK-Technologie “ (RVK II) bis November 2017 an einem realen "Regionalen Virtuellen Kraftwerk" überprüft und umfänglich getestet.

Projektsteckbrief

Projektstatus	Realisierung
Standort	TU Dresden, Helmholtzstraße 14, 01062 Dresden
Projektfahrplan	Grundlagenermittlung für Mikro-KWK Systeme im Labor, Begleitung eines Feldtests, Entwicklung von Regelungs- und Steuerungsalgorithmen, Überführung und Test dieser an realen Liegenschaften in Berlin (RVK I); Praxiserprobung mit neu entwickelten steuerungs- und regelungstechnischen Konzepten, Dauerbetrieb des RVK-Systems unter realen Bedingungen (RVK II)
Träger	TU Dresden, Verbundnetz Gas AG (RVK I), EWE Aktiengesellschaft (RVK II)
Projektthemen	Gebäudeübergreifende Energiekonzepte, Wärme- und Kälteerzeugung, Wärme- und Kältetransport, Wärme- und Kälteverteilung, Optimierung Gebäudetechnik, Kraft-Wärme-Kopplung, Zentrale + dezentrale Energieversorgung, Betriebsoptimierung, Energiemanagementsysteme, Wärme- und Kältespeicher

Projektbeschreibung

Das Forschungsprojekt umfasste zunächst die messtechnische Analyse von Mini- und Mikro KWK Systemen, numerische Untersuchungen der Systeme im Verbund, eine Feldtestphase sowie die Erstellung und Optimierung eines übergeordneten Regelregimes mit Einbeziehung der Strombörse.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens war die Berechnung und Optimierung komplexer energetischer Versorgungsstrukturen auf elektrischer und thermischer Seite. Den unterschiedlichen Reaktionszeiten der Teilsysteme wurde besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Neben der CO₂-Einsparung sollten Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgrenzen von Mikro-KWK Systemen im Gebäudebereich eruiert werden. Die Entwicklung, Erprobung und Optimierung adäquater Regelungsstrategien für Mikro KWK Systeme soll auch deren Marktetablierung unterstützen.

Bisheriges Arbeitsprogramm

Die Forschungsarbeiten seit 2011 umfassten

messtechnische Analysen im Labormaßstab,
den Aufbau einer „Hardware in the Loop“-Umgebung,
dynamische Untersuchungen und die Erstellung numerischer Simulationsmodelle,
die Durchführung solcher Simulationen in Form von Variantenrechnungen
sowie einen Feldtest.

Erste Ergebnisse

Im ersten Schritt der Bearbeitung wurde ein thermischer sowie ein elektrischer Versuchsstand neu aufgebaut. Beide könnten zum „Combined Energy Lab“ zusammengefast werden. Mit dieser Versuchsanordnung laufen derzeit umfangreiche Analysen im Bereich der Grundlagenuntersuchung. In Vorbereitung befindet sich gleichfalls der Feldtest. Die ausgewählten Versuchsobjekte wurden mit entsprechender Messtechnik ausgestattet.

Das Ergebnis der Untersuchungen waren ausführliche Messungen von KWK-Geräten im Labor. Detailliert werden die Versuchsstände und deren Inbetriebnahme beschrieben. Der Abschlussbericht dokumentiert auch einen Feldtest, der während des Forschungsvorhabens durch die beteiligten Institutionen begleitet wurde. Entwickelt wurden unterschiedliche Simulationswerkzeuge zur Nachbildung eines Regionalen Virtuellen Kraftwerks (RVK). Mit ihnen erfolgten zahlreiche numerische Simulationen, in denen die Steuerung eines RVK sowie die regelungstechnische Optimierung im Fokus standen.

Praxiserprobung bis 2017

Im Projekt „Praxiserprobung des Regionalen Virtuellen Kraftwerks auf Basis der Mikro-KWK-Technologie“ (RVK II) testen und entwickeln Wissenschaftler der TU Dresden gemeinsam mit der EWE AG Oldenburg steuerungs- und regelungstechnische Konzepte zum intelligenten Betrieb eines virtuellen Verbunds von Mikro - KWK - Anlagen. Die Wissenschaftler überführen die seit mehr als 4 Jahren an der TU Dresden entwickelten, theoretischen Ideen in die Praxis. Ziel des Projektes ist die systemverträgliche und gleichzeitige Einbindung einer Varianz von verschiedenen, erneuerbaren als auch modernen und effizienten Energieerzeugern. Synergieeffekte zwischen den Technologien werden gezielt ohne negative Auswirkungen genutzt.

Vorbereitungsphase
In der ersten Phase werden potentielle Liegenschaften ausgewählt und mit Mikro-KWK Einheiten ausgestattet (Umbau / Neuinstallation). Zusätzlich erfolgt die Installation von umfangreicher Messtechnik.

Steuerungsphase
In der zweiten Phase wird die Implementierung der steuerungs- und regelungstechnischen Software vorgenommen sowie ein geeigneter zentraler Leitstand installiert, in dem alle Daten zusammenlaufen. In dieser Phase ist auch der Test unterschiedlicher Betriebskonzepte vorgesehen.
Dauerbetrieb / Monitoring
In der dritten Phase erfolgt der Dauerbetrieb des RVK-Systems unter realen Bedingungen weitestgehend ohne manuellen Eingriff. Die erhaltenen Messdaten werden in Hinblick auf die Zielsetzung des Projektes ausgewertet und aufbereitet (Monitoring).