Sektorkopplung und Digitalisierung Bausteine für die zukünftige Energieversorgung

„Wir arbeiten und forschen hier am KoKWK mit einem interdisziplinären Team aus Ingenieuren und Wissenschaftlern zu den Themen Energieeffizienz und dezentrale Energieversorgung mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK),“ beginnt Raphael Lechner und erläutert weiter: „Dabei fokussieren wir uns auf Blockheizkraftwerke (BHKW), die zugleich die geläufigste Anwendung der Kraft-Wärme-Kopplung sind.“

Unterschiedliche Dimension – gleiche Funktion

Mini- und Mikro-BHKWs mit wenigen Kilowatt elektrischer Leistung sind eine gern genutzte Möglichkeit für die Energie- und Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern. Im industriellen Einsatz oder für die Versorgung von ganzen Stadtteilen werden Groß-BHKWs mit mehr als 50 KW eingesetzt.

„Dabei ändert sich eigentlich nur die Größe der „Blechkiste“, in der BHKWs oft verbaut werden“, erklärt Lechner. Die prinzipielle Funktionsweise von BHKWs ist eigentlich einfach: Ein Motor oder eine Turbine treibt einen Generator an, der wiederum Strom erzeugt. Die anfallende Abwärme des Motors wird ebenfalls genutzt, zum Beispiel zur Warmwasserbereitung, als Heizwärme oder Prozesswärme.

Was zunächst nicht allzu innovativ klingen mag, besticht in der Praxis durch Regelbarkeit und Dezentralität. Das heißt Energie kann genau dann, wenn sie gebraucht wird, möglichst nahe am Verbraucher erzeugt werden. „Das entlastet wiederum auch die Netze und spart Kapazitäten“, so Lechner und weist darauf hin, dass auch deshalb in Deutschland bereits etwa 20 Prozent des Strombedarfs durch Kraft-Wärme-Kopplung gedeckt werde, wobei der Beitrag zur Wärmeversorgung noch nicht einmal eingerechnet sei.

Um diesen Anteil künftig weiter zu steigern, müssen verstärkt digitale Methoden eingesetzt werden, etwa Prognose- und Optimierungsalgorithmen unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz, mit denen ermittelt werden kann, zu welchem Zeitpunkt KWK-Anlagen den höchsten monetären Nutzen und die höchste CO₂-Einsparung im Energiesystem liefern.

Freie Brennstoffwahl

Ein weiterer Vorteil von BHKWs ist, dass sie prinzipiell mit fast allen Brennstoffen betrieben werden können. Dazu erläutert Lechner: „Oft wird heute noch Erdgas eingesetzt, was aber ebenfalls sehr gut funktioniert ist Wasserstoff und damit beschäftigen wir uns hier intensiv.“

Denn Wasserstoff bietet als Brennstoff enormes Potential. Zum einen, da er im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, wie Erdgas, synthetisch – und somit in beliebiger Menge – herstellbar ist. Zum anderen durch die Möglichkeit der Speicherung, oder genauer gesagt der Einsatzmöglichkeit als Speicher für regenerative Energien.

Beim sogenannten Power-to-Gas-Verfahren wird „überschüssiger“ Strom aus regenerativen Energiequellen, zum Beispiel Windkraft, genutzt, um mittels eines Elektrolyseurs Wasserstoff herzustellen. Dieser kann anteilig in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden oder in Tanks zwischengespeichert und bei Bedarf „rückverstromt“ werden.

Unterstützung durch neue Professur

Dennoch ist Wasserstoff nicht das einzige Forschungsfeld am KoKWK: die Schwerpunkte der 2021 gestarteten 3. Förderphase, die mit rund 5 Millionen Euro vom Freistaat Bayern unterstützt wird, sind insbesondere die effiziente Vernetzung energiewirtschaftlicher Sektoren über Power-to-X Technologien, innovative KWK-Systeme und die Digitalisierung des Energiesystems. Genau für diese Themenfelder wurde Raphael Lechner zum 1. Juni als Professor neu berufen.