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Selbst erzeugt, selbst verbraucht

So sparen Mittelständler mit dem eigenen Kombikraftwerk
Selbst erzeugt, selbst verbraucht

Die Konzeption von Lösungen für energieintensive Unternehmen erfordert eine offene Zusammenarbeit zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer. Wie können Betriebe zukunftssichere und bedarfsgerechte Lösungen am Standort umsetzen?

Die Simulation am Beispiel eines Kunststoffherstellers veranschaulicht, wie das Vorgehen aussehen kann: Der Betrieb hat einen jährlichen Strombedarf von 13 000 MWh. Der Wärmebedarf wird vollständig durch Rückgewinnung der Abwärme aus den Produktionsanlagen gedeckt. Das Unternehmen produziert ganzjährig an sieben Tagen die Woche im Dreischicht-Betrieb. Zuerst werden die energetischen Prozesse vor Ort eingehend analysiert. Die Experten erheben die verfügbaren Daten zum Energieverbrauch und machen das Zusammenspiel zwischen Produktionsanlagen, Prozessen und dem jeweiligen Energiebedarf im Zeitverlauf sichtbar. Die Analyse liefert die Voraussetzungen für die Planung und zeigt, wo vorher Einsparpotenziale auf der Verbraucherseite gehoben werden können.

Jede Energietechnologie weist Eigenschaften auf, die sich je nach Verbrauchsprofil des Kunden durch ein kluges Zusammenspiel ergänzen können. In der Praxis sind einige Herausforderungen zu lösen: Bei Solarstrom und Windenergie hat man es mit fluktuierender Energie zu tun. Die erwartbaren Schwankungen müssen bei der Planung und im operativen Betrieb berücksichtigt werden. Damit die Einbindung erneuerbarer Energien in die unternehmenseigene Energieversorgung gelingt, sorgen die Spezialisten für ein optimales Matching zwischen Erzeugung und Verbrauch. Die Auswahl der geeigneten Erzeugungstechnologien ist dabei der erste Schritt. Blockheizkraftwerke (BHKW) produzieren zum Beispiel Grundlaststrom bei niedrigen Gestehungskosten für Strom und Wärme. Hat ein Unternehmen keinen Wärmebedarf, scheidet ein BHKW aus.
Im Beispiel errichtet das Unternehmen eine eigene Windenergieanlage in 3 km Entfernung und schließt diese mit einem eigenen Kabel direkt in seiner Kundenanlage an. Eine Simulation mit verschiedenen Windenergieanlagen zeigt, dass eine Anlage des Typs Vestas V90 mit einer Nennleistung von 2 MW gut zum Verbrauchsprofil des Unternehmens passt. Die Jahresproduktion beträgt 5850 MWh. Ein geringer Überschuss von 400 MWh (6,8 % der Jahresproduktion) wird produziert, da die regenerative Energieerzeugung und der Bedarf des Unternehmens nicht vollständig zeitgleich sind. Mit einem Eigenverbrauch von 5450 MWh deckt die Windenergieanlage nahezu 42 MWh des Jahresenergiebedarfs des Unternehmens ab.
Um das Stromerzeugungsprofil über das Jahr zu glätten, entscheidet sich das Unternehmen zusätzlich für die Errichtung einer Photovoltaikanlage mit einer Gesamtleistung von 3 MWp, die an dem norddeutschen Standort circa 2700 MWh Strom im Jahr produziert. Wie gut sich Solarstrom und Windenergie für den Bedarf des Kunststoffherstellers ergänzen, wird aus den beiden Graphiken deutlich. Die so ausgelegte Photovoltaikanlage steuert jährlich rund 20 % zum Gesamtbedarf bei. Am Beispiel einer Woche im März werden die Beiträge der Eigenerzeugung sichtbar.
Inklusive der Photovoltaikanlage beläuft sich die Überschussproduktion auf 1180 MWh, das entspricht 13,8 % der Gesamtproduktion. Dies ist sogar dann noch wirtschaftlich, wenn die Überschussmengen nur zum durchschnittlichen Börsenstrompreis in das Netz eingespeist werden.
Unterschiedliche Energietechnologien können sich zu einem hochwirtschaftlichen Kraftwerk ergänzen, wenn sie aus einem Guss geplant und intelligent gesteuert werden. Die einzelnen Komponenten müssen im Zusammenspiel stabil funktionieren, deshalb sind die Anforderungen komplex: Verbrauchsdatenerfassung, Lastmanagement durch intelligentes Zu- und Abschalten, Eigenverbrauchserfassung, Kostenübersicht der erzeugten und verbrauchten Energie, effiziente Energienutzung und damit Schonung der Umwelt. Eine funktionierende Steuerung ist auch erforderlich, um die Stabilität des unternehmensinternen Stromnetzes sicherzustellen und Vorgaben des öffentlichen Netzbetreibers einhalten zu können.
Teure Lastspitzen vermeidet die Steuerung über die Vergabe von unterschiedlichen Prioritäten je Verbraucher. Dies geschieht zum Beispiel, indem Motoren in einer zeitlichen Abfolge ein- und ausgeschaltet werden. Durch die Optimierung von Verbraucherlastgängen auf die Lastgänge der Energieerzeugungsanlagen kann die Steuerung den Eigenverbrauchsanteil steigern. Kommen Energietechnologien mit variablen Kosten zum Einsatz, gewährleistet die Steuerung, dass die jeweils günstigste verfügbare Kilowattstunde genutzt wird.
Die individuelle Energielösung in unserem Beispiel basiert auf zwei gekoppelten Komponenten: einer Solarstromanlage und einer Windenergieanlage. Der Betrieb kann mithilfe eines solchen Kombikraftwerks je nach Branche und Ausgangssituation mehr als 60 % seines Energiebedarfs selbst erzeugen. Unternehmen mit einer ganzjährig durchgehenden Produktion können so auch ohne den Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung einen sehr guten Eigenversorgungsgrad erreichen. Die benötigten Restmengen werden aus dem Netz bezogen. Das Schaubild zeigt den Aufbau eines Kombikraftwerks inklusive einer BHKW-Komponente.
Stromgestehungskosten für die Eigenerzeugung sind von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Neben dem Energieertrag am jeweiligen Standort spielt wegen der planungsrechtlichen Beschränkungen für Windenergieanlagen die Wettbewerbssituation mit anderen Interessenten eine große Rolle. Im Beispiel ergeben sich im Mittel Gestehungskosten von 9,2 Cent je KWh. Die kombinierte Lösung wird gestaffelt über einen Zeitraum von ungefähr zwei Jahren realisiert. Da die Solarstromanlage als Freiflächenanlage zu realisieren ist, wird für die Umsetzung neun Monate kalkuliert. In dieser Zeit wird parallel ein Bebauungsplan aufgestellt. Für die Windenergieanlage ist mit einem Vorlauf von rund zwei Jahren bis zur Inbetriebnahme zu rechnen.
Peter Forch Geschäftsführer Linden Energy, Oldenburg
Mehr Informationen zum Aufbau und zur Funktionsweise unter www.linden-kombikraftwerk.de
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