Fakultät Maschinenbau :: FHWS

Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Smart Meter Modell eines Haushalts
Smart Meter Modell eines Haushalts

Analyse und Optimierung der Energieversorgung einer Stadt mittels „Smart-Meter“ und „Smart-Grid“- Technologie

Im Rahmen des Projekts wurde das Verbesserungspotential der Energieversorgung durch die Anwendung von SM (Smart-Meter) und SG (Smart-Grid) -Technologie für die Stadt Schweinfurt untersucht. Da Stromnetze im Laufe der Zeit bis zur jetzigen Größe angewachsen sind, wird die Energieversorgung durch eine Vielzahl verschiedener Kraftwerke unterschiedlicher Leistungsklassen sichergestellt. Diese werden in der Regel von einer zentralen Stelle aus gesteuert und versorgen so mehrere tausend Haushalte und Industriebetriebe mit Strom. Eine Regelung passt sich im herkömmlichen Stromnetz dem Verbrauch an. Starke Schwankungen und hohe Verbrauchsspitzen sind bei der Versorgung problematisch und kosten Ressourcen. Durch Verschiebung von Lastspitzen hin zu Zeiten mit geringerem Verbrauch ist eine Verbesserung der Versorgungssituation zu erreichen. Ein intelligentes Lastmanagement kann sowohl direkt beim Verbraucher, als auch von externer Stelle aus betrieben werden. Gerade bei einer externen Regelung begrenzen neben technischen-, auch soziale Zusammenhänge die Einflussweite der Lastverschiebung.
Die Einspeisung regenerativer Energien wird sowohl als Energiequelle und auch als Störgröße bei der Versorgung näher beleuchtet. Neben den herkömmlichen PSW (Pumpspeicherkraftwerken) wurde im Zuge dessen auch das Speicherpotential von E-Mobilen und Hybriden Fahrzeugen behandelt.

WKA und Sodar in Waldsachsen
WKA und Sodar in Waldsachsen

Eignungsbewertung von Windstandorten, Messung und Simulationen von Freifeldwindprofilen

Inhalt des Projekts ist es, die Windverhältnisse an einem geplanten WKA-Standort mit Hilfe der vergleichenden Analyse zu bewerten. Als Vergleichsstandort dient der Windpark der unterfränkischen Überlandzentrale in Waldsachsen.

Zunächst wurden Messungen mit einem Mini Sodar 4000we am Standort Waldsachsen für die Validierung der Sodarmessdaten aufgenommen. Für diese Validierung wurden auf Grund der Nähe zum Sodarmesssystem vorrangig die Daten einer WKA verwendet. Der Unterschied zwischen den WKA-Daten und den Sodarmessungen ist im einstelligen Prozentbereich.

Mit Hilfe der vergleichenden Analyse ist es möglich, aus den Messwerten des Mini Sodars und den Daten des Windparks Waldsachsen den Ertrag einer WKA an einem beliebigen Standort zu berechnen. Diese Berechnung ist WKA-Typ unabhängig und kann somit für alle WKA`s durchgeführt werden. Der Ertragsvergleich wird durchgeführt, um den richtigen WKA-Typ für den Standort herauszufinden.

Validierung der Sodar-Daten am Standort Waldsachsen:

  • Sodarmessungen von Juli 2012 bis Oktober 2012
  • WKA-Daten von Juli 2012 bis Oktober 2012
  • Vergleich von Doppeldaten
Prinzipielle Darstellung des Power-To-Gas-Konzeptes Haßfurt

Power-To-Gas-Versuchsanlage

Power-To-Gas-Projekt Haßfurt (2013)

Das Projekt wird von den Verbundpartnern Stadtwerk Haßfurt GmbH und der Hochschule Würzburg-Schweinfurt (FHWS) durchgeführt. Industrielle System­zulieferer wie z.B. Siemens für die PEM-Elektrolyse, Linde für die Gasspeichertechnik, DBI für die Gaseinspeisetechnik sind weitere Partner im Vorhaben.

Die Stadtwerk Haßfurt GmbH ist ein integriertes städtisches Versorgungsunternehmen. Der regenerative Erzeugungsmix setzt sich aktuell aus ca. 9,2 MWpeak Photovoltaikleistung, ca. 6,9 MW Windkraft, 1,45 MW Biogas sowie ca. 1,2 MW KWK-Einspeisung zusammen. Der Anteil der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen betrug 2012 ca. 75 % und soll mittelfristig auf 135 % im Jahr 2015 steigen.

In dem Modellprojekt der Stadtwerk Haßfurt GmbH sollen  die Umwandlung von regenerativem Überschussstrom aus eigener Erzeugung (Solar, Wind) mittels PEM-Elektrolyse in Wasserstoff, die Speicherung des Wasserstoffs und die erhöhte Zumischung von Wasserstoff mit einem Anteil bis zu 5 Vol. % in das  Niederdruck-Erdgas-Verteilnetz der Stadt in der Praxis erprobt werden. Die elektrische Anschlussleistung des PEM-Elektrolyseurs der Firma Siemens beträgt dabei 300 kW. Die heizwertgerechte Gasabrechnung erfolgt über moderne Smart-Meter. Mit dem Vorhaben wird die gesamte energetische und stoffliche Kette zur Nutzung des regionalen Erdgasnetzes als Speicher für regenerativen Überschussstrom vollständig gekoppelt abgebildet (Abb. 1). Des Weiteren werden die möglichen Betriebsweisen der Anlagen analysiert und optimiert, um so die gewonnenen Erfahrungen auf andere Gasnetze und andere Betreiber übertragen zu können.

Mit dem Vorhaben wird  ein großer Schritt getan, um das Erdgasnetz als Speicher für regenerativen Strom zu nutzen, ohne den Umweg über die „Methanisierung“ des Wasserstoffs  zu gehen, wobei eine Erweiterung durch eine Methanisierungsanlage mittelfristig offen gehalten wird.