Keine Belastung für das Netz

Studie zur Netzrückwirkung deszentraler KWK-Systeme

Im Rahmen der Wasserstoff-Initiative Bayern wurden zusammen mit der Lechwerke AG verschiedene Aspekte der dezentralen Energieversorgung untersucht. Ein Ergebnis: Gebäudebasierte Brennstoffzellenanlagen beeinträchtigen das Stromnetz nicht, sind aber rund 66 % teurer als die Vergleichsvariante ‚zentrales BHKW‘.

19. Mai 2005

In der Studie wurden zwei Varianten betrachtet: der Einsatz von Brennstoffzellenanlagen kleinster Leistung zur gebäudebasierten Hausenergieversorgung sowie ein größeres motorisches Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Heizwärmeversorgung über ein Nahwärmenetz. Als Basisdaten dienten zeitlich hoch aufgelöste thermische Lastgänge der 121 Gebäude der Siedlung, die Erzeugungslastgänge der Brennstoffzellenanlagen und des motorischen BHKWs, zusammen mit standardisierten Bedarfsganglinien des Verbandes der Netzbetreiber (VdN) für den elektrischen Lastgang der Siedlung sowie technische Daten und Informationen der Hausenergieversorgung.

Die Lechwerke AG (LEW) hat mit dem Netzplanungstool ‚Sincal‘ Netzsimulationen durchgeführt. Hierbei wurden die Spannungshaltung an den Leitungsenden, die Leistungsflüsse an relevanten Netzknotenpunkten, entstehende Netzverluste sowie Bezugs- und Einspeisemengen aus und in das Mittelspannungsnetz untersucht.

Spannungssteigernder Effekt

Ein Ergebnis: Der Einsatz und die wärmegeführte Betriebsweise der Brennstoffzellen führen zu keiner Beeinträchtigung in der Spannungshaltung. Die in DIN EN 50160 aufgestellten Grenzwerte mit +6 % und -10 % für das Spannungsband im Niederspannungsnetz werden eingehalten. Der Betrieb der Brennstoffzellen hat einen spannungssteigernden Effekt. So werden an den Leitungsenden zeitweise auch Spannungen von über 400 V registriert. Die maximale Stromkreislänge könnte somit größer angesetzt oder ein niedrigerer Kabelquerschnitt verlegt werden. Dies ist jedoch aus Standardisierungsgründen und den geringen Kosteneinsparungen nicht praktikabel.

Bei der Variante der Wohnsiedlung, deren Gebäude mit den Brennstoffzellen versorgt werden, sinken die Leitungsverluste auf fast ein Siebtel, die Netzbelastung halbiert sich. Der Einsatz des zentralen BHKWs hat keinen Einfluß auf die minimalen Spannungen an den Leitungsenden. Es stellen sich dort die gleichen Werte wie bei der Variante ohne Brennstoffzellen ein.

Der in den Brennstoffzellen erzeugte Strom wird primär zur Deckung des im Gebäude anfallenden Bedarfs eingesetzt. Defizitmengen werden durch das allgemeine Stromnetz gedeckt, Überschußmengen werden eingespeist und gemäß KWK-Gesetz vergütet. Die KWK-Vergütung liegt bei rund 8,42 ct/kWh. Somit werden rund 70 % des Gebäudebedarfs direkt durch die Eigenerzeugung gedeckt. Die verbleibenden 30 % werden aus dem Netz bezogen. Lediglich 6 % der Brennstoffzellen-Erzeugung werden ins vorgelagerte Mittelspannungsnetz eingespeist.

Die vom BHKW erzeugte elektrische Energie von 1.043 MWh /a wird vollständig in das Netz eingespeist und gemäß KWK-Gesetz mit 5,71 ct/kWh vergütet. Trotz der im Vergleich zum Bedarf der Siedlung hohen Erzeugung liegt der elektrische Deckungsgrad bei 82,3 %, da der BHKW-Strom zu Schwachlastzeiten produziert wird und die elektrische Leistung bei Lastspitzen nicht ausreicht.

Teure Brennstoffzellen

Der wirtschaftliche Vergleich der KWK-basierten Wärmeversorgungsvarianten der Siedlungen fällt deutlich zu Gunsten der Nahwärmeversorgung mit dem zentralen BHKW aus. Wesentlicher Grund hierfür sind die um rund 66 % höheren Kosten der gebäudebasierten Lösung mit Brennstoffzellen, die maßgeblich aus den Investitionskosten der Anlagen bestehen. Erst bei einer Reduzierung der Anlagenpreise auf 70 % der von den Brennstoffzellenherstellern angegebenen Zielkosten könnte im untersuchten Fall mit marktüblichen Wärmepreisen eine Wirtschaftlichkeit dargestellt werden.

Hingegen führt das Nahwärme-BHKW - auch dank des KWK-Gesetzes - zu einer wirtschaftlichen Strom- und Wärmeversorgung. Des weiteren spricht für die siedlungszentrale Variante die Vielzahl verfügbarer Techniken von der Mikrogasturbine über motorische BHKWs bis hin zum Biomasse-Heizkraftwerk, die alle eine optimale Anpassung des Erzeugers an die Bedarfscharakteristik erlauben. (Ulli Arndt, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., München)

Erschienen in Ausgabe: 03/2005