Demonstrationsprojekt Olpererhütte- hier zum ZDF Film und zum Projektbericht der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Die Walter Ingenieure GmbH entwickelte speziell für die Inselenergieversorgung stromnetzferner Gebäude (z.B. im Alpenraum) ein einfaches Managementsystem, mit dessen Hilfe man gegenüber gängigen Notstromlösungen ca. 50% Einsparung bei den Investitionskosten (für Akkumulator) einsparen kann. Zudem zwingt die einfach nachzurüstende Lösung den Stromerzeuger in den Vollastbetrieb, der dabei durch die erzielten Wirkungsgradsteigerungen große Brennstoffeinsparungen zur Folge hat. Da der Nutzen für eine Vielzahl von Projekten verwendbar ist, konnte das Vorhaben als Demonstrationsvorben eingestuft und von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) mit 125.000 € gefördert werden. Unter dem Aktenzeichen 24456 kann man bei der DBU den ausführlichen Bericht downloaden (https://www.dbu.de/projekt_24456/_db_799.html). Er trägt den Titel:

Demonstration umweltgerechter Ver- und Entsorgungssysteme am Beispiel des Neubaus der Olperer Hütte als Berg- und Schutzhütte auf 2.389 m ü. NN in den Zillertaler Alpen in Tirol/Österreich

Die Walter Ingenieure GmbH verfügt über langjährige Erfahrung als Planer, Betreiber von Energieerzeugungsanlagen und den zugehörigen Managementtätigkeiten (Fernwartung, Abwicklung von öffentlichen Förderungen), z.B.:

  • als Ingenieurbüro für Heizungs-,Klima-,Lüftungs-,Santiär- und Elektrotechnik ( unsere Referenzen H-K-L-S-El: hier )
  • als Energiekonzeptspezialist (Referenzen hier ) mit Erfahrung als:
  • als Fernwärmelieferant
  • als Stromnetzbetreiber
  • als Wärmecontractor für Wohn- und Gewerbeobjekte (hier mehr)

Hier folgt eine kurze Zusammenfassung des Berichtes aus dem Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt:

 Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
In den bekannten Projekten zur „Demonstration umweltgerechter Ver- und Entsorgungssysteme“ wurden in der Vergangenheit bei stromnetzfernen Systemen wertvolle Erkenntnisse und Innovative Ansätze in den Bereichen Energieversorgungs- und Abwasseranlagen jeweils in den einzelnen Technologiedisziplinen verfolgt und erfolgreich umgesetzt. In der Zusammenschau der Disziplinen Inselstromerzeugung, Verbraucher und Abwasserbeseitigung stößt man bei einer integrierten Betrachtung der Anlagen auf eine Optimierungsaufgabe, deren Lösung gleichzeitig die Effizienz eines Rapsöl BHKW und der Lebensdauer von Bleiakkumulatoren im Zusammenspiel mit einer PV- Anlage verbessert. Als Ansatz wurde zur Lösung der Aufgabe auf der Olpererhütte ein aktives Stromlastmanagement der Stromverbraucher und der Abwasserbeseitigungsanlage gewählt.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Alle relevanten und im regulären Betrieb abschaltbaren elektrischen Verbraucher werden über Relaiskontakt ansteuerbar in der Starkstromverteilung versorgt (z. B. Kühlgeräte mit Kältespeicher, Abwasseranlage mit Puffer, Freigaben für Waschmaschine und ggf. Geschirrspüler). Die eigentliche Optimierungsaufgabe übernimmt eine separate, speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), welche die Verbraucher entsprechend Ihrer Verwendung zu- oder abschaltet. Damit soll ein elektrisches Lastprofil erzwungen werden, dass gleichermaßen optimal geringe Volllaststunden für den BHKW-Betrieb und wenige Lade-/ Entladevorgänge am Akkumulator (bei gleichzeitig geringer Entladetiefe) generiert. Als Folge wird sich ein höherer elektrischer Wirkungsgrad beim BHKW und eine erhöhte Lebensdauer bei den Bleiakkumulatoren einstellen. Dabei wird besonders darauf geachtet, dass die eigentlichen Steuerungsaufgaben (z. B.: Heizung, Lüftung), die Energieversorgung und Abwasseranlage auch ohne diese Optimierung automatisch oder auf der Handbedienebene betrieben werden können, was insbesondere auf Berghütten unerlässlich ist. Hierzu sind die Relais in den Verteilungen so angebracht, dass der Nutzer jeweils eine Umschaltung zwischen 0-Auto-Ein vornehmen kann.Besondere Sorgfalt muss bei der Festlegung eines Optimierungsalgorithmus und dessen Programmierung bei dem Zusammenspiel der Disziplinen BHKW, Abwasserbeseitigungsanlage, PV-Anlage, Akkumulatortechnologie angewendet werden. Über eine Datenfernauslese- und Fernwirkeinrichtung können während des Betriebes Daten abgerufen und Parameter verändert werden.In bisherigen Überlegungen und Entwicklungen wurde die aktive Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern nicht in Erwägung gezogen, um Primärenergieeinsatz und Lebensdauer von Akkumulatoren zu verbessern. Insofern wird mit einem aktiven Lastmanagement der Stand des Wissens und Technik erweitert werden, was im Ziel mit einer Umweltentlastung verbunden ist.
 Ergebnisse und Diskussion
Am Beispiel des Hybriden Energieversorgungssystem (Generator/BHKW + Wechselrichter + Akkusystem + Photovoltaik) der Olpererhütte wurde das neu konzipierte Aktive Lastmanagementsystem getestet. Es ist in der Lage zeitlich „abschaltbare“ elektrische Verbraucher ohne wahrnehmbaren Einfluss auf den Hüttenbetrieb ab- und zuzuschalten und damit den Elektrischen Lastgang entsprechend der Erwartungen zu verformen. Die speicherfähigen Verbraucher (wie z.B. Kühl- Gefriergeräte, Schankanlage, Kläranlage, Druckluftspeicher) erhöhen die Leistungsaufnahme bei Freigabe der Verbraucher entsprechend, bei Abschaltung ist die Last auf Grund der nur notwendigerweise betriebenen elektrischen Verbraucher sehr gering. Bei gleichzeitiger Freigabe des BHKW in der Hochlastzeit, und Abschaltung in den Lastabwurfperioden, wird damit auch eine höhere Vollaststundenzahl für das BHKW erreicht. In Messreihen wurde nachgewiesen, dass bei konstantem Elektrischen Wirkungsgrad des BHKW, die Belastung des Akkumulators (Ladungsumsatz) um den Faktor 3 reduziert wurde. Je nach eingestelltem prozentualen Grad der Volladung des Akkumulators durch Vorgabe der Ladeschwelle über den Wechselrichter, kann man wahlweise den Effekt der Reduktion des Ladungsumsatzes, oder der Brennstoffreduktion einstellen. Am Beispiel wurde gezeigt, dass das Lastmanagementsystem bei dem kostenintensiven Baustein Akkumulator zu einer Halbierung der Kapazität, der Kosten und der Umweltbelastung (Blei) führte. Die fortwährenden Forderungen von Fachleuten hinsichtlich regelmäßiger Durchführung von Volladungen für die Verlängerung der Akkulebensdauer, stellt in der Praxis ein bisher kaum gelöstes Problem dar, da ein langer Teillastbetrieb mit Generator/BHKW einen hohen Brennstoffverbrauch mit sich zieht und vermieden wird. Mit Hilfe des Aktiven Lastabwurfsystems wurde gezeigt, dass man auch im Zusammenspiel mit einer relativ klein dimensionierten Photovoltaikanlage Volladungen erreicht, ohne dass der Generator betrieben werden muss. Der Akkumulator wird zu Tagebeginn durch den Generator/BHKW nur bis ca. 90% vollgeladen. Ab ca. 09:00 werden bei beginnender Teillast des Generators die elektrischen Verbraucher durch Lastabwurf und zusätzlich das BHKW abgeschaltet. Mit beginnender Sonneneinstrahlung kann der Akkumulator, mit kleiner Leistung durch die Photovoltaikanlage, über mehrere Stunden vollgeladen werden. Ohne gezielte Lastabschaltung wäre das nicht möglich.Es liegt nahe, dass der Einsatz eines Aktiven Lastmanagementsystems bei der Nachrüstung in bestehenden, hybriden Energieversorgungssystemen, zu ähnlich guten Ergebnissen führen sollte. Dort könnte ein Feldtest bei wenigen Anlagen, mit einfachen, nur zeitlich gesteuerten Lastabschaltungen, ein großes Potential an Brennstoffreduktion oder Einsparung von Akkumulatorkapazitäten eröffnen. Damit könnte, bei einer Vielzahl von Berg-Hütten, ein großes Umweltnutzenpotential erschlossen werden.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Eine Erste Präsentation der Idee des Aktiven Lastmanagementsystem erfolgte im Rahmen des 8. Internationalen Fachseminar „Umweltgerechte Konzepte für Berg- und Schutzhütten“ 2008. Dort wird auch im Rahmen des Fachseminars im Jahr 2011 die Veröffentlichung und Präsentation der Ergebnisse stattfinden können. Interessierte Personen, können diesen Bericht(pdf- Dokument) auch vom Verfasser erhalten.
Fazit
Die positiven Ergebnisse und Messungen zur Theorie des Aktiven Lastmanagement haben durchaus überrascht. Insbesondere konnte das erprobte System seine konkreten Vorteile bei der Akkumulatorbelastung in der Praxis, durch die einmalige Situation auf Grund der Verdreifachung des Energieverbrauches beweisen. Ideal waren hier die Vorraussetzungen in Bezug auf die Planung des Systems bei einem Hüttenneubau. Die überwiegende Zahl von Hütten macht jedoch den Gebäudebestand aus, bei dem immer und immer wieder die Entscheidung ansteht, das vorhandene Energiesystem, zumindest den Akkumulator ersetzen zu müssen. Hier gilt es noch ein bedeutendes Umweltnutzenpotential abzuschöpfen, wenn man die positiven Ergebnisse aus diesem Projekt auch nur annähernd auf bestehende Hütten übertragen könnte. Die Erprobung einer einfachen Lösung an z.B. drei ausgewählten Hütten wäre hier sehr sinnvoll und wünschenswert.
Dieser Beitrag wird demnächst zu folgenden Themen ergänzt:

-Wie wichtig ist die Wirtschaftlichkeitsbrechnung für verschiedene Versorgungsvarianten im Vorfeld ?

-Über die Ausführung mit vertrauten, lokalen Installationsfirmen vor Ort.

-Gewinnbringende integrierte Planung aller Technikgewerke Elektro, Heizung/Lüftung, Sanitär, Energieversorgung, Abwasseranlage aus einer Hand

Fordern Sie bei Interesse auch den den ZDF- Umwelt Film “Umwelt-High-Tech in 2.400m Höhe” an.

 

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