So geht Nachhaltigkeit

Technik

Fuel Cell - Der Neubau des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Berlin setzt bei Energieeffizienz und Einbindung innovativer Technologien Maßstäbe. Ein Brennstoffzellen-Kraftwerk ist mit einem BHKW und einer PV-Anlage vernetzt. Der Jahresprimärenergiebedarf liegt über 70% unter der Anforderung der Energieeinsparverordnung.

27. Januar 2015

Im Rahmen der Energiewende hat sich Deutschland hohe Ziele gesetzt. So soll der Primärenergieverbrauch bis 2050 halbiert werden und der Anteil der erneuerbaren Energie bei der Stromversorgung auf 80% steigen. Entsprechend hoch waren auch die Anforderungen, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung für das Energiekonzept des Neubaus in Berlin stellte.

Public-private Partnership

Das Gebäude direkt am Berliner Hauptbahnhof wurde im Rahmen einer öffentlich-privaten-Partnerschaft von der Firma BAM Deutschland als Generalübernehmer geplant, finanziert und errichtet.

Nach der offiziellen Übergabe im Herbst 2014 wird der Neubau in den kommenden 27 Jahren von der Service-Tochter des Unternehmens betrieben. Einen wichtigen Grund für den Zuschlag an BAM Deutschland sieht das Unternehmen in dem innovativen Energiekonzept, das extra für den Neubau entwickelt wurde.

»Bei der langen Lebensdauer eines Neubaus sollte bei der Planung nicht nur einseitig auf die einmaligen Investitionskosten für die Energieversorgung abgezielt werden, sondern viel mehr auf die Energieeffizienz und möglichst niedrige Betriebskosten«, so der BAM-Projektverantwortliche Frank Schreiber.

Heizen und Kühlen

Die Systemlösung des Neubaus besteht im Herzstück aus einem Brennstoffzellen-Kraftwerk, das mit einem BHKW und einer Photovoltaik-Anlage vernetzt ist und im Verbund den Primärenergiebedarf und den Kohlendioxidausstoß minimiert. Der errechnete Jahresenergiebedarf für Mensch und Gebäudetechnik liegt bei rund 2.200MWh Heizwärme und Warmwasser sowie 1.500MWh Kühlenergie und Klimatisierung. Die größten Stromverbraucher sind neben der Gebäudetechnik die zentralen Rechnerräume des Ministeriums.

Der Energiebedarf für diesen Bereich wird durch die Eigenstromerzeugung des Gebäudes komplett abgedeckt. Über die vernetzten energietechnischen Anlagen werden den Nutzern Strom, Wärme und Kälte für die Heizung, Warmwasser, Kühlung und Klimatisierung der Büros und Sitzungsräume zur Verfügung gestellt.

Da für die verschiedenen Aufgaben unterschiedliche Temperaturniveaus benötigt werden, existieren im Gebäude mehrere Versorgungsnetze für Wärme und Kälte. Abhängig vom Bedarf im Sommer oder Winter, beziehungsweise bei Tag und Nacht werden die Versorgungsnetze von mehreren Erzeugern gespeist. Die Strom- und Wärmeversorgung des Gebäudekomplexes wird vorrangig vom Brennstoffzellen-Kraftwerk der Firma FuelCell Energy Solutions und einem motorischen Blockheizkraftwerk gewährleistet. Für Heizung und Klimatisierung mit niedrigen Temperaturen kommt zudem eine Wärmepumpe zum Einsatz.

Zur Kühlung werden unter anderem Absorptionskältemaschinen eingesetzt, die auf die Abwärme der Brennstoffzelle und des motorischen BHKWs zugreifen.

Zusätzlich senkt ein innovatives LED-Beleuchtungskonzept den Stromverbrauch im Gebäude. Mehrere Photovoltaikanlagen an und auf dem Gebäude ergänzen die Stromversorgung und erzeugen rund 100.000kWh im Jahr.

Schmelzkarbonat-Technik

Nachdem die Aktivitäten von MTU im Bereich der Herstellung von Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC) 2012 von der in Dresden ansässigen Firma FuelCell Energy Solutions übernommen wurden, konnte die BAM Deutschland die angestrebte Installation des Brennstoffzellen-Kraftwerks im Neubau des BMBF sicherstellen. Die FCES verbindet als Joint Venture die Erfahrungen des US-amerikanischen MCFC-Herstellers FuelCell Energy mit den technologischen Stärken des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme in Dresden.

Das Brennstoffzellen-Kraftwerk leistet als Herzstück des Energiekonzeptes einen wichtigen Beitrag zur Versorgungssicherheit des Neubaus.

Hohe Betriebstemperatur

Die Brennstoffzellen wandeln Erdgas in Strom und Wärme um. Vorteil der eingesetzten Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle ist die hohe Betriebstemperatur von 650°C, die eine effiziente Abwärmenutzung bei circa 400°C und den Einsatz kostengünstiger Materialien ermöglicht. Der elektrische Wirkungsgrad der verbauten Anlage liegt bei 47%, bezogen auf den unteren Heizwert insgesamt sogar bei 79%. Gegenüber einer getrennten Erzeugung bestehend aus einem konventionell erzeugten Strommix gemeinsam mit einem Gaskessel ergibt sich rechnerisch ein Einsparpotenzial von rund 30%. Aufgrund der hohen Energieeffizienz erreicht der Neubau die höchste Auszeichnungsstufe ›Gold‹ des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude.

Der Anforderungswert der geltenden Energieeinsparverordnung für den Jahresprimärenergiebedarf des Gebäudes wird sogar um über 70% unterschritten.

Kooperation auf allen Ebenen

Installiert wurde das Brennstoffzellen-Kraftwerk in der großen Technikzentrale des Ministeriumsgebäudes, ohne dass dafür bauliche Änderungen am Gebäude vorgenommen werden mussten. »Die FCES-Experten haben bereits in der Planungsphase sehr professionell und eng mit den Behörden und dem TÜV zusammengearbeitet, sodass der Einbau und die Inbetriebnahme der Brennstoffzelle reibungslos verliefen«, so Frank Schreiber.

FCES wird den Betrieb des Brennstoffzellen-Kraftwerks im Rahmen eines langjährigen Servicevertrags sicherstellen. Der Service umfasst neben den Wartungsarbeiten auch den Wechsel der Brennstoffzellen-Stacks, der zurzeit nach fünf, in der nächsten Zellgeneration nach jeweils sieben Jahren fällig ist.

Rund-um-die-Uhr-Service

Zudem wurde eine 24/7-Überwachung aufgebaut, die mit einem Onlinesupport-System gekoppelt ist. »Wir gehen davon aus, dass das innovative Energiekonzept des BMBF auch für ähnliche Bauvorhaben Vorbildcharakter haben kann«, sagt Angelika Block-Meyer, Referatsleiterin des BMBF.

»Denn über die ökologischen Vorteile hinaus entsteht für den Nutzer auch ein wirtschaftlicher Vorteil: die geringen Energiekosten über den gesamten Bewirtschaftungszeitraum«.

Georg Staß (FuellCell Energy Solutions)

Erschienen in Ausgabe: 01/2015