Thermischer Energiespeicher als flexible und erneuerbare Dampferzeugungstechnologie
In einer Machbarkeitsstudie wurde der Einsatz eines thermischen Energiespeichers der Berliner LUMENION GmbH für die erneuerbare Dampfversorgung einer neu zu errichtenden Brauerei analysiert. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Stahlelemente, die zu Zeiten selbsterzeugten bzw. günstigen Stroms diesen in Form von Wärme speichern und durch einen gekoppelten Dampferzeuger später in Dampf umwandeln. Auch zum Anbieten einer Regellast an den Netzbetreiber ist die Anlage geeignet.
In der Studie wurde eine jährliche Simulation auf Stundenbasis mit eigener PV-Erzeugung bzw. Bezug von EPEX-Spotmarktstrom aufgesetzt, bei der Stromangebot und Dampfbedarf verglichen werden. Die Szenarien werden zudem auf technische sowie ökonomische KPIs untersucht. Dabei wurde der Speicher mit einem E-Boiler als Back-up-System in das Energiekonzept der Brauerei eingebunden, das in einem Vorgängerprojekt entwickelt wurde. Darin sind bereits eine Wärmepumpe, Kältemaschine und – als lastverschiebende Elemente für Kälte und Strom – ein Eisspeicher und eine Batterie vorhanden. In einer Sensitivitätsanalyse wurden verschiedene Parameter variiert und die bestmögliche Kombination aus Stromzufuhr in Form von installierter PV-Leistung oder möglichst günstigem EPEX-Strom und Speicherkapazität gesucht, um das fluktuierende Stromangebot und den Dampfbedarf in Einklang zu bringen.
Hierbei gibt es unterschiedliche Problemstellungen: Bei der auf PV-Eigenproduktion basierten Stromzufuhr geht es hauptsächlich darum, eine sinnvolle Reihenfolge der strombeziehenden Aggregate festzulegen, sodass der vorhandene Strom möglichst viel des Energiebedarfs decken kann (hoher Autarkiegrad) und möglichst wenig ins Netz eingespeist wird (hoher Eigenversorgungsgrad). Bei einem Strombezug vom EPEX-Spotmarkt liegt die Herausforderung dagegen darin, eine Entscheidungslogik zu entwickeln, nach der möglichst viel Strom bezogen wird, wenn er am günstigsten ist. Das heißt, anstelle einfach einen Grenzpreis festzulegen, unter dem bezogen werden soll, wird eine Logik implementiert, die auch berücksichtigt, wenn in mehreren aufeinanderfolgenden Stunden der Preis immer weiter sinkt. Damit kann speziell in Zeiten negativer Strompreise viel Geld gespart werden.
Für den Bedarf der geplanten Brauerei hat sich ein Speicher mit einer Kapazität von 5 MWh am geeignetsten für beide Szenarien herausgestellt. Dieses Ergebnis kam durch Berücksichtigung von ökonomischen Kennzahlen wie Dampfgestehungskosten und Break-Even-Point (ca. 10 Jahre) und dem Vergleich mit dem erneuerbaren Vergleichszenario, einer reinen E-Boiler-basierten Dampferzeugung, zustande. Für Firmen ohne Klimaziele, die ein fossiles Vergleichsszenario ansetzen, wird erst nach ca. 30 Jahren ein Break-Even-Point erreicht. Das Anbieten einer Regellast an den Netzbetreiber wurde in dem Modell noch nicht berücksichtigt. Damit ist eine weitere Verbesserung des Business Cases zu erwarten.
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Wolfgang Gruber-Glatzl