Der Euref-Campus – begehbarer Ort der Energiewende

Die Energiewerkstatt ist ein schönes Beispiel für Sektorkopplung mit einer sehr flexiblen Anlage. Die Menge an Bausteinen gibt uns die Möglichkeit, für jede Viertelstunde des Tages immer wieder neu auf Basis von Markt- und Wetterprognosen die optimale Einsatzreihenfolge der Energiewandler festzulegen. Ein Gespräch mit Dr. Michael Rath, dem Leiter Steuerungs- und Softwareentwicklung von Geo-En Energy Technologies GmbH (links im Bild) und Nils Boenigk, Agentur für Erneuerbare Energien.

Herr Rath, die Energiewerkstatt nutzt verschiedene Formen der Energiegewinnung, können Sie uns einen kurzen Einblick geben?

Die Energiewerkstatt versorgt den EUREF-Campus in Berlin Schöneberg bilanziell CO2-neutral mit Wärme und Kälte. Für die Wärmeerzeugung stehen dafür ein großes Biomethanblockheizkraftwerk, zwei weitere Blockheizkraftwerke, zwei Niedertemperaturgaskessel für die Spitzenlast und ein Elektrokessel bereit, der uns die Möglichkeit bietet, bei der Wärmeerzeugung verschiedene Anlagenzustände zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch anzuwählen.

Die Kälteversorgung des EUREF-Campus erfolgt durch zwei mit Ökostrom betriebene Kältekompressionsmaschinen mit der Möglichkeit der Freikühlung, also der Einbindung kalter Außenluft für effizientere Kältebereitstellung.

Das Besondere der Anlage ist ein im Rahmen von WindNODE gefördertes Power-to-Heat/Power-to-Cold Speichersystem aus zwei 22 m³ Speichern, die jeweils zwischen Wärme- und Kältepufferung umschaltbar sind und einen sehr flexiblen und netzdienlichen Anlagenbetrieb ermöglichen.

Das Biomethan BHKW als Herzstück kann seinen Betrieb stufenlos regeln. Was steckt dahinter?

Das Biomethan BHKW kann stufenlos von 50 bis 100 Porzent seiner maximalen Leistung gefahren werden, so kann es auch noch zu Zeiten geringerer Wärmenachfrage einen positiven Beitrag zur CO2-Bilanz leisten.

Was ist das Besondere an der Energiewerkstatt? Warum haben Sie auf so viele Bausteine gesetzt?

Die Energiewerkstatt ist ein schönes Beispiel für Sektorkopplung mit einer sehr flexiblen Anlage. Die Menge an Bausteinen gibt uns die Möglichkeit, für jede Viertelstunde des Tages immer wieder neu auf Basis von Markt- und Wetterprognosen die optimale Einsatzreihenfolge der Energiewandler festzulegen.

Mit wie viel Strom und Wärme versorgt die Energiewerkstatt den EUREF-Campus?

Der EUREF-Campus wird von der Energiewerkstatt in etwa mit 6 GWh Wärme und 2,7 GWh Kälte versorgt. Ungefähr 2,7 GWh elektrische Energie werden ins öffentliche Netz eingespeist, womit die 1300 Haushalte mit umweltfreundlichem Strom versorgt werden können.

Ist hier noch Luft nach oben?

Ja, etwas Luft nach oben haben wir noch, die für ein Büroquartier charakteristische geringe Wärmenachfrage in den warmen Monaten ist allerdings auch ein limitierender Faktor für den Betrieb des Biomethanblockheizkraftwerkes.

Wird auch ein Teil des Stroms in das öffentliche Netz gespeist?

Ja, sämtlicher Strom wird zumindest bilanziell ins öffentliche Netz eingespeist, wenn auch physikalisch der ein oder andere Verbraucher hier auf dem EUREF-Campus bedient werden wird.

Wieso ist das notwendig?

Die GASAG Bio-Erdgas Schwedt GmbH erzeugt seit 2010 aus nachwachsenden Rohstoffen Biomethan, welches in Schwedt ins Gasnetz eingespeist wird und hier von der Energiewerkstatt bilanziell wieder entnommen wird. Für das Biomethan BHKW in der Energiewerkstatt wird mit dem Schwedter Biomethan eine Teilnahme an der EEG-Vergütung ermöglicht, welche mit einer Volleinspeisung einhergeht.

Welches Geschäftsmodell steckt hinter der Energiewerkstatt?

Neben der Leuchtturmfunktion als begehbarer Ort der Energiewende wird hier erprobt, wie Quartiere durch ein effizientes Zusammenspiel verschiedener Energiewandler und prognosebasierter Fahrweisen klimaschonend mit Energie versorgt werden können – und das zu Preisen konventioneller Energiekonzepte.

Die Steuerung der Anlagen erfolgt mittels eines ECO-Tools. Welche Software, welches Programm steckt dahinter?

Die übergeordnete intelligente Steuerung der Energieanlage wurde innerhalb eines weiteren Forschungsprojekts von der Geo-En Energy Technologies GmbH entwickelt, welche auch ein Unternehmen der GASAG Gruppe ist. Im Rahmen des Vorhabens „Entwicklung und Test einer Leitstandtechnologie zum zentralen Monitoring und zur effizienten und vorausschauenden Lenkung hybrider Energieanlagen innerstädtischer Gebäude “ (Förderkennzeichen 1137-B5-O), gefördert vom Berliner Programm für nachhaltige Entwicklung (BENE), wurde innerhalb der Betriebsführungs-IT-Lösung Geo-En | EnergyNode ein im Prinzip dreistufiges Verfahren implementiert. Im ersten Schritt wird mit einem selbstlernenden Verfahren ein digitaler Fingerabdruck aller Energieverbraucher aus historischen Mess- & Wetterdaten gebildet. Im zweiten Schritt können wir dann mithilfe dieses Fingerabdrucks und aktuellen Wetterdaten eine Bedarfsprognose erstellen. Für diese Bedarfsprognose wird dann unter Berücksichtigung der aktuellen Marktprognosen mit einem stochastischen Optimierungsalgorithmus ein möglichst idealer Fahrplan errechnet und auf die Steuerung übertragen.

Die PtX-Anlage ist Teil eines Forschungsprojektes (WindNode). Was ist das genau und können Sie uns dazu schon Erkenntnisse mitteilen?

Das im Rahmen von WindNODE geförderte Power-to-Heat/Power-to-Cold Speichersystem mit seinen zwei 22 m³ Speichern ist hydraulisch so konzipiert, dass für jeden Speicher einzeln festgelegt werden kann, ob er mit Wärme oder mit Kälte beladen werden soll.

Bei der Wärmeerzeugung haben wir aufgrund der großen Anzahl an Energiewandlern viele Priorisierungsmöglichkeiten. Immer dann, wenn der Strom günstig genug und der Grenzpreis für die Wärmeerzeugung mit dem Elektrokessel unter die Wärmegestehungskosten eines anderen, laufenden Aggregates fällt, ergibt eine Ansteuerung des Elektrokessels Sinn. Allerdings ist das Biomethan-BHKW in seinen Wärmegestehungskosten schwer beziehungsweise selten zu schlagen. Deswegen ist es die meiste Zeit des Jahres von Vorteil, beide Speicher mit den Kältekompressionsanlagen strommarktorientiert mit Kälte zu beladen, zumal es aufgrund eines Rechenzentrums auf dem EUREF-Campus fast einen ständigen Kältebedarf über das Jahr gibt.

Was passiert nach Ablauf der Projektlaufzeit?

Die Idee hinter so einem Forschungsprojekt ist natürlich immer die Erprobung von Produkten für die Energieversorgung der Zukunft. Die Energiewerkstatt wird weiter ein begehbarer Ort der Energiewende bleiben und den EUREF-Campus CO2-neutral versorgen, und die Übertragung der gesammelten Erkenntnisse auf andere Projekte und Anwendungsfelder hat bereits begonnen.

EUREF-Campus in Berlin Schöneberg

Wenn diese PtX-Anlage nicht Teil eines Forschungsprojekt wäre, würde sie sich derzeit rentieren?

Mit der strommarktoptimierten Speicherbewirtschaftung sparen wir ungefähr 10 Prozent gegenüber einer nur Wärme- bzw. Kälte-geführten Speicherbeladungsregelung ein; man hat mit flexibilisierten Anlagen gegenüber konventionellen gefahrenen Anlagen definitiv einen Vorteil. Vom Regelenergiemarkt hatten wir uns (und auch andere WindNODE-Partner mit Power-to-Heat Anlagen sich) bei Antragstellung vor ein paar Jahren bestimmt mehr versprochen. Nachdem der Regelenergiemarkt in den letzten Jahren allerdings nicht gerade einfach war, fokussieren wir uns bei der Energiewerkstatt nun auf den Intradaymarkt. Ziemlich sicher ist, dass die Spotmarktpreise und auch die Preisvolatilität aufgrund von mehr Erneuerbaren im Netz weiter steigen werden, was zu einer weiteren Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von flexiblen Anlagen dieser Art führen wird, die sich über die Laufzeit dann auszahlt.

Was sind Ihrer Meinung nach die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Projekt Energiewerkstatt?

Die Energiewerkstatt ist ein Beispiel dafür, wie ein Quartier im 21. Jahrhundert durch intelligente Steuerungstechnik Kosten- und CO2-optimal mit Energie versorgt werden kann. Dass dies zu marktüblichen Preisen möglich ist, kann der Energiewende mit ähnlichen Projekten Vorschub geben. Die für mich persönlich wichtigsten Erkenntnisse sind, wie man für eine bestehende Anlage eine übergeordnete, prognosebasierte und optimierte Steuerung konzipiert, die Schnittstellen aufbaut, und wie man das Ganze in Betrieb nehmen kann.

Gibt es weitere ähnliche Projekte wie die Energiewerkstatt, die im urbanen Raum geplant oder auch schon umgesetzt sind?

Energieanlagen, die strommarktorientiert gefahren werden, gibt es viele, eine weitere solche Anlage mit kombinierter Power-to-Heat/Power-to-Cold Funktionalität gibt es meines Wissens allerdings bisher noch kein zweites Mal. Aber ähnliche Anlagen, die auf die gleichen, im Forschungsprojekt entwickelten Algorithmen und Schnittstellen zurückgreifen, sind bereits in Planung.

Fotos: Paul Langrock/Agentur für Erneuerbare Energien