Forscherinnen und Forscher der Technischen Hochschule Ingolstadt, der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und das Elektrotechnik-Unternehmens Burghart haben eine selbstlernende Steuerung für Biogasanlagen entwickelt. Diese soll den Betrieb in Kombination mit Photovoltaik (PV) in punkto Netzdienlichkeit und Wirtschaftlichkeit optimieren, wie die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) als Projektträger mitteilt.
Ein Test an der Praxisbiogasanlage Zellerfeld zeigte nun, dass das System grundsätzlich erfolgreich arbeitet. Limitierend wirke derzeit allerdings noch Prognosefehler bei der Leistungsvorhersage der PV-Anlage.
Lokale Stromerzeugung
Das Ziel des sogenannten "Netflex"-Projektes: Flexibilisierte Biogasanlagen könnten das Stromnetz besser entlasten, wenn sie sich nicht nur an den Marktsignalen der Strombörse orientieren, sondern auf die lokale Stromerzeugung anderer erneuerbarer Anlagen reagieren. Denn bundesweit ausgeschriebenen Börsenpreise bilden die lokalen Verhältnisse nicht immer korrekt ab.
Die im Projekt entwickelte Steuerung zielt daher auf einen solchen netzdienlichen Betrieb von Biogasanlagen, um PV-Anlagen im selben lokalen Stromnetz zu ergänzen. Die Kombination von Biogas und PV findet sich vor allem in Süddeutschland häufig, wie die FNR erklärt.
Wetter- und Leistungsprognosen
Kernstück der Steuerung ist demnach der Optimierungsalgorithmus. Er erstelle Einsatzfahrpläne für die Biogas-Blockheizkraftwerke und nutze als Entscheidungsgrundlage Wetter- und Leistungsprognosen für die PV-Anlagen. Als weitere Steuergrößen berücksichtigt er den Wärmebedarf eines angeschlossenen Wärmenetzes, Speicherfüllstände der Biogasanlage und einen möglichst wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Für die Vorhersage der PV-Leistung entwickelten die Forschenden der LMU ein kamera- und satellitenbasiertes Vorhersagesystem, das Wolken erkennt und deren Bewegung berechnet.
39 Prozent höhere Verzinsung
In Simulationen verglich das Netflex-Team verschiedene Betriebsmodi der Steuerung im Hinblick auf Ökonomie und Treibhausgaseinsparung. Im Ergebnis ist es am wirtschaftlichsten, wenn die lokale PV-Anlage optimal ergänzt wird, also möglichst selten abschalten muss, gleichzeitig das Wärmenetz voll versorgt wird und sich die Steuerung ansonsten an maximalen Stromerlösen am Regelenergie- und Spotmarkt orientiert.
Für diesen Fall ermittelte das Netflex-Team eine um bis zu 39 Prozent höhere jährliche Kapitalverzinsung im Vergleich zu einer konventionell betriebenen, Grundlast erzeugenden Biogasanlage mit Direktvermarktung. Die Simulationen wurden 2020 durchgeführt, also vor der Hochpreisphase an den Strombörsen. 2022 hätte sich die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage mit Steuerung noch weiter verbessert.
Kaum Treibhausgaseinsparung
Bei der Treibhausgaseinsparung ergab die Simulation hingegen nur geringfügige Vorteile gegenüber der konventionellen Anlage. Ursache war der Teillastbetrieb mit schlechteren Wirkungsgraden, in dem die Flex-Anlage häufig lief, wie die Partner mitteilen.
Als Herausforderung stellte sich zudem die kurzfristige PV-Leistungsprognose im Minutenbereich heraus. Insbesondere durch die Komplexität der Wolkenbildung komme es immer wieder zu Abweichungen zwischen der berechneten und der tatsächlichen Einstrahlung. Um Leistungsobergrenzen im Stromnetz einzuhalten, entwickelte das Projektteam eine Optimierungsstufe, die den Leistungsfluss verbessert. (jk)
