Im Oberhausener Ortsteil Barmingholten werden seit Dezember 2016 150 Wohneinheiten auf innovative Weise mit Strom und Wärme versorgt. Der technische Fortschritt trägt dort den Namen „Flex-KWK“. Innovativ ist daran die Kombination eines Blockheizkraftwerkes (BHKW), das üblicherweise nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeitet, mit einem großen Wärmespeicher. Während bislang möglichst lange Laufzeiten – im günstigsten Fall rund 8.000 Betriebsstunden/Jahr – notwendige Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb des BHKW sind, soll eine „Flex-KWK“-Anlage auch bei geringerer Betriebsamkeit ökonomisch arbeiten – und das soll nun der angelaufene Praxistest belegen. Projektpartner von „Flex-KWK“ sind die Energieversorgung Oberhausen (evo) und das Fraunhofer UMSICHT.

In Barmingholten versorgt die stromproduzierende Heizung über ein vorhandenes Wärmenetz die Ein- und Mehrfamilienhäuser mit Energie. Der finanzielle Gesamtrahmen des Vorhabens beträgt 1,5 Millionen Euro, es wird mit einer Million Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) gefördert.

Umdenken bei Erzeugung und Nutzung von Energie muss stattfinden
Erneuerbare Energien unterliegen witterungs- und tageszeitbedingten Fluktuationen. Die dadurch entstehenden Versorgungslücken werden durch fossile Kraftwerke ausgeglichen. In Zeiten, in denen mehr Strom erzeugt als verbraucht wird, kann es zu negativen Strompreisen kommen. Wer Strom erzeugt, muss dafür bezahlen.

Dies klingt zuerst einmal erschreckend, bedeutet jedoch nichts anderes, als dass bei der Erzeugung und Nutzung von Energie ein Umdenken stattfinden muss, um innerhalb eines regenerativen Energiesystems erfolgreich agieren zu können. Energie aus Wind und Sonne muss dazu optimal genutzt werden, und auch an windarmen, bewölkten Tagen oder nachts muss ausreichend Energie bereitgestellt werden können.

Siedlung ist eine flexible Nahwärmeinsel
Das vorhandene Wärmenetz, das im Ortsteil Barmingholten zurzeit 150 Wohneinheiten beheizt, wurde durch die Kombination aus einem BHKW, einem großen Thermospeicher und einer wissenschaftlich basierten Systemsteuerung so umgebaut, dass die Siedlung sich zu einer flexiblen Nahwärmeinsel entwickeln kann. Es wird Strom produziert, wenn er in der Region benötigt wird; Netzüberlastungen und Versorgungslücken können ausgeglichen werden. Die dabei entstehende Wärme wird gespeichert und steht in ausreichendem Umfang zur Verfügung, um für warme Häuser zu sorgen.

KWK-Anlagen mit Wärmespeichern und Power-to-Heat-Konzepten
„Gegenwärtig wird eine hohe Auslastung von KWK-Anlagen für einen wirtschaftlichen Betrieb vorausgesetzt. Zukünftig werden diese Anlagen aber insbesondere dann wirtschaftlich agieren und einen großen Nutzen für das Energiesystem darstellen, wenn sie den Strom zu Zeiten erzeugen, an denen zu wenig Wind- und Solarstrom zur Verfügung steht und gleichzeitig hiervon unabhängig die Anforderungen an die Wärmeerzeugung erfüllen können“, erklärt Carsten Beier vom Fraunhofer UMSICHT.

Eine Lösung kann in der Kombination von KWK-Anlagen mit Wärmespeichern und Power-to-Heat-Konzepten liegen. So betriebene KWK-Anlagen liefern bedarfsgerecht Strom und Wärme, insbesondere auch wenn nicht genügend Wind- und Sonnenenergie bereitstehen. Sie können flexibel auf die Situation in den Energiemärkten reagieren – was ein großer Vorteil gegenüber Großkraftwerken ist. Mit Biogas betrieben, würden die KWK-Systeme die Wärmeversorgung mit regenerativen Energien voranbringen.

Chancen zur effizienten Energieversorgung größerer Wohnquartiere
Für Bernd Homberg, technischer Vorstand der evo, ist das Projekt ein Meilenstein: „Die bedarfsgerechte Stromeinspeisung und Wärmeabnahme ist ein wichtiger Schritt zur erfolgreichen Gestaltung der Energiewende. Auf der Grundlage eines bereits geförderten Projektes eröffnen sich neue Chancen für weitere Projekte zur effizienten Energieversorgung größerer Wohnquartiere. Mit der Vernetzung von Systemen und dem Aufbau von Nahwärmeinseln leisten wir einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz in Oberhausen.“

In Barmingholten wurden zwei Gaskessel mit einer Heizlast von 1.150 kW durch eine BHKW-Anlage mit einer Leistung von 532 kW_el und 680 kW_th, einem Wärmespeicher mit  66 Kubikmeter und einer Power-to-Heat-Anlage mit 530 kW_el ersetzt. Nach Recherche von Fraunhofer UMSICHT und evo gibt es allein im Ruhrgebiet 70 weitere mit Barmingholten vergleichbare Nahwärmeinseln, für die Flex-KWK potenziell sinnvoll sein könnte. Zudem würde sich „Flex-KWK“ auch für große Mehrfamilienhäuser aus den 1950-er und 1960-er Jahren anbieten.

KWK-Einsatz muss sich wandeln
Die Abteilung Energiesysteme bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen entwickelt Modelle und Technologien, die den Anforderungen der zukünftigen Energieversorgung gerecht werden sollen. Neben Prognosemodellen und Speichertechnologien ist hier die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), also die Stromerzeugung bei gleichzeitiger Nutzung der an Brennstoffzellen, Motoren oder Turbinen entstehenden Wärme, ein wichtiger Baustein. Allerdings kann die KWK diese Rolle nur übernehmen, wenn sie anders eingesetzt wird als bisher. Neue Versorgungskonzepte, Betriebsweisen und Geschäftsmodelle sind gefragt.

Die KWK ist in ihrer großen Bandbreite – von der Mikro-KWK über dezentrale Blockheizkraftwerke bis hin zur Nutzung von Nah- und Fernwärme – ein effizienter und ressourcenschonender Weg, um die Versorgungsstrukturen in Nordrhein-Westfalen weiter auszubauen.

KWK-Impulsprogramm des Landes NRW
Die nordrhein-westfälische Landesregierung hat das Ziel formuliert, den Anteil der KWK an der Stromerzeugung von heute 13 % auf mehr als 25 % bis 2020 zu erhöhen. Deshalb hat die Landesregierung 2015 das rund 250 Millionen Euro schwere KWK-Impulsprogramm aufgelegt, dabei geht es um die Nutzung der klimarelevanten Effizienz-Potenziale, die in der Kraft-Wärme- und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung liegen.

Technische Daten Oberhausen Barmingholten

Bestandsanlage

• Nahwärmenetz
• 2 Kessel
• Heizlast 1.150 kW_th

Neuanlage

• BHKW 532 kW_el / 680 kW_th
• Wärmespeicher 66 m³
• E-Kessel 530 kW_el