Auftragnehmer: Institut für Innovation, Transfer und Beratung GmbH
Transferstelle Bingen, Berlinstraße 109, 55411 Bingen
Leiter: Prof. Dr. Ralf Simon,
Bearbeiter: Dipl.-Ing. (FH) Christian Pohl, Dipl.-Ing. (FH) Kerstin Kriebs
Homepage: www.tsb-energie.de
Broschüre vom 10.03.2006 zum Download
Kurze Zusammenfassung
Anlass
Energiespeichertechnologien sind aus Sicht der Umweltpolitik ein zentraler Baustein eines künftigen auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystems. Vor diesem Hintergrund hat das Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz die Transferstelle Bingen (TSB) mit der Studie Einsatzmöglichkeit einer NaS-Batterie für die vollständige Regenerativstromversorgung am Beispiel der Gemeinde Bruchmühlbach beauftragt mit dem Ziel, am Beispiel der Gemeinde Bruchmühlbach ein Szenario einer künftigen Energieversorgung abzubilden, das unter Einbindung der elektrochemischen Stromspeicherung auf Basis der Natrium-Schwefel-Batterie ein Maximum an regionaler Energiebedarfsdeckung auf Basis heimischer regenerativer Energiequellen ermöglicht. Es war zu untersuchen, welchen Anteil die fluktuierenden Energiequellen Wind und Sonne im Lastgang des Elektrizitätswerkes abbilden können, wie dieser Anteil durch den Einsatz einer NaS-Batterie und durch Lastmanagement gesteigert und ob und wie der für eine 100%-Regenerativstromdeckung von Bruchmühlbach verbleibende Bedarf an Ausgleichsenergie durch vor Ort verfügbare Bioenergie gedeckt werden kann. Die örtlichen Regenerativenergie-Potentiale an Wind, Sonne und Biomasse sollten über die 100%-Selbstversorgung bei der Stromerzeugung hinaus möglichst umfassend genutzt werden, um so die örtliche Wertschöpfung zu maximieren.
Zusammenfassung
Die regenerative Strom- und Wärmeversorgung des 2.800 Einwohner zählenden Ortes Bruchmühlbach ist technisch möglich und wirtschaftlich vorstellbar. Entscheidende Problemstellung ist die lastganggerechte Deckung des Energiebedarfs. Der Strombedarf beträgt 2,65 MWel bei einer Jahresarbeit von 13.323 MWhel/a. Der Wärmebedarf beträgt 12,9 MWth und 33.750 MWhth/a. Zur Stromerzeugung werden ein Windpark mit 10,5 MWel, Fotovoltaikanlagen (zweiachsig nachgeführt) mit 4,2 MWel, ein Biomasse-Blockheizkraftwerk mit 0,5 MWel sowie stromerzeugende Heizungen mit 2,5 MWel zum Einsatz gebracht. Zur Wärmeerzeugung dienen solarthermische Anlagen in jedem Gebäude mit sommerlichem Wärmebedarf, elektrische Wärmepumpen mit 9 MWth sowie das Biomasse-BHKW mit 0,5 MWth und die stromerzeugenden Heizungen mit 7 MWth.
Zentrales Thema bei der lastganggerechten Energiebedarfsdeckung ist die Speicherung. Auf der Wärmeseite ist für jedes Gebäude ein Pufferspeicher, der mindestens den Tageswärmebedarf speichern kann, vorgesehen. Zusätzlich wird in jeden Speicher ein elektrischer Heizstab integriert. Damit wird die Wärmeerzeugung vom Bedarf entkoppelt, und durch den Heizstab kann Überschussstrom aus der Stromversorgung flexibel verarbeitet werden.
Auf der Stromseite kommt eine Natrium-Schwefel-Batterie als Speicher zur Anwendung. Diese Batterie kommt in Japan und USA kommerziell in der Stromversorgung von größeren Objekten zum Einsatz und hat das Potenzial, in Kombination mit fluktuierenden Stromerzeugern sinnvoll angewendet zu werden. Die für Bruchmühlbach gewählte Batteriegröße von 2 MWel, einer Kapazität von 17,2 MWhel und einer Netzanbindung von 3 MWel ist auf den Bedarf ausgelegt.
Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ergibt Mehrkosten für den Einsatz der Batterie von 4 - 5 ct/kWhel. In Verbindung mit Stromerzeugungskosten einer Windkraftanlage ergeben sich Stromgestehungskosten von rund 10 ct/kWhel. Dieser Wert ist kein Wert, der bei der Betrachtung der Energiepreisentwicklung der vergangenen Jahre zumindest längerfristig unmöglich erscheint.
Zusätzlich besteht für die Gemeindeverwaltung als Inhaber der Gemeindewerke der wirtschaftliche Vorteil der regionalen Wertschöpfung. Gerade für ausschließlich verteilende Energieversorger bietet diese Steigerung der Wertschöpfung durch die Energieproduktion eine Möglichkeit, die Existenz zu sichern bzw. das Geschäft auszubauen. Der nach der Deckung des Strom- und Wärmebedarfs verbleibende Restüberschussstrom steht für weitere Nutzungen zur Verfügung. Zeitlich gesehen steht er im Wesentlichen außerhalb des Winters zur Verfügung. Das Potenzial von 4.875 MWhel/a kann in andere Netze exportiert werden, zum Betrieb von Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen oder in Form von Wasserstoff gespeichert bzw. genutzt werden.
Diese ersten Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, eine Gemeinde lastganggerecht mit Strom und Wärme aus regenerativen Quellen zu versorgen. In nächsten theoretischen Schritten muss diese Arbeit an vielen Stellen detailliert werden. Beispielsweise durch die Beeinflussung von Energieverbrauch kann das Gesamtsystem deutlich optimiert werden.
Der Einstieg in diese andere Energieversorgung kann heute schon wirtschaftlich mit dem Bau von Windenergieanlagen, Fotovoltaikanlagen, einer Biogas- oder Holzvergaseranlage und fossilen Klein-BHKW begonnen werden. Parallel dazu gilt es, ein Pilotprojekt mit der NaS-Batterie auf den Weg zu bringen, damit Erfahrungen mit dieser Technologie gesammelt werden können. Das Potenzial an Überschussstrom kann in den regionalen Verkehr mit Hybrid-Fahrzeugen und später mit wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenfahrzeugen sinnvoll eingebracht werden.
Mit einer Konzentration dieser Aktivitäten auf eine Gemeinde wie Bruchmühlbach kann so eine Modellregion zur vollständigen regenerativen Energieversorgung geschaffen werden.