Optimierter Betrieb von KWKK-Systemen mit Speichern - Case Study am Beispiel einer Liegenschaft

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem Energieversorgungssystem einer Liegenschaft mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) und Erzeugungskapazitäten von 1,2 MWₑl (Strom), 2,8 MWth (Wärme) und 1,55 MWth (Kälte). Die Bestandsanlage wurde über einen Zeitraum von einem Jahr detailliert und in hoher zeitlicher Auflösung messtechnisch untersucht, in der dynamischen Simulationsumgebung Dymola/Modelica nachgebildet und anhand der Messdaten kalibriert. Basierend auf dem aktuellen Versorgungssystem wurden verschiedene hydraulische und regelungstechnische Maßnahmen zur Steigerung der Anlageneffizienz und zur Senkung der Betriebskosten erarbeitet. Für die bevorzugte Systemvariante wurde ein Kältespeicherkonzept zur Senkung der Betriebskosten und Steigerung des Strom-Eigenversorgungsanteiles entwickelt. Die Ergebnisse zeigen große Potentiale zur Senkung der Betriebskosten um bis zu 14% im Sommerbetrieb und um bis zu 22% im Winterbetrieb bezogen auf die aktuelle Anlagenkonfiguration durch eine deutliche Senkung des Netzstrombezuges. Gleichzeitig ist es aufgrund der hohen wechselseitigen Beeinflussung der unterschiedlichen Energieströme eine große Herausforderung, für sämtliche, saisonal stark unterschiedliche Lastanforderungen eine optimale Abstimmung des Systems zu erreichen und gleichzeitig die erforderliche Versorgungsqualität zu gewährleisten. Durch den Speicher konnte im Sommerbetrieb eine Betriebskostensenkung von 4% erreicht werden, im Winterbetrieb erwies sich die definierte Lade- und Entladestrategie jedoch als unzureichend und erzielte keine Verbesserungen im Systembetrieb. "netzdienliche" Regelung die Stromnetze zu entlasten. Insbesondere größere Einheiten wie Liegenschaften oder Quartiere sind dazu gut geeignet, da sie über signifikante Erzeugungsleistungen und ein leistungsfähiges Regelsystem verfügen und üblicherweise durch einen professionellen Anlagenbetreiber mit entsprechendem Know-How betreut werden. Im Rahmen des Projektes wird untersucht, wie Phasenwechselspeicher in Liegenschaften eingesetzt werden können, um den Anlagenbetrieb zu flexibilisieren und einen netzdienlichen Betrieb zu ermöglichen. Die Untersuchung erfolgt am Beispiel eines mittelständischen Firmensitzes mit vier Bürogebäuden mit einer NGF von ca. 61.000 m², Laboren und Servereinrichtungen. In der vorliegenden Studie wird der Betrieb der KWKK-Anlage auf Basis eines Langzeitmonitorings analysiert, darauf aufbauend werden Maßnahmen zur Effizienzsteigerung identifiziert und in dynamischen Simulationen getestet. Ziele der Optimierungsmaßnahmen sind zunächst die Senkung der Betriebskosten und die Steigerung der energetischen Effizienz bei gleichzeitiger Sicherstellung der erforderlichen Versorgungsqualität. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung und Integration eines Speicherkonzeptes für das untersuchte Anlagensystem, mit dem sich die Netzdienlichkeit der Anlage weiter steigern lässt. Detaillierte Untersuchungen zum PCM-Verhalten und die Entwicklung netzreaktiver Regelkonzepte werden in späteren Studien addressiert und sind noch nicht Bestandteil der vorliegenden Untersuchung.