Steuerung von Vergärungsanlagen zur Kompensation von Schwankungen anderer regenerativer Energien auf Kläranlagen unter Berücksichtigung des Verbrauchs – BioHyMethControl

Im Zuge der Energiewende erlebt das in Deutschland gewachsene Energiesystem einen Strukturwandel. Während sich das derzeitige System aufgrund der Speicherfähigkeit von fossilen Brennstoffen gradlinig auf die Nachfrage am Strommarkt ausrichtet und zu kalkulieren und zu regulieren ist, treten mit den erneuerbaren Energien Wind und Photovoltaik zwei Energiequellen in den Energiesektor ein, die dem derzeitigen System diametral entgegenstehen. Infolge dessen muss für das zukünftige Stromnetz ein Flexibilitätskonzept entwickelt werden, welches in der Lage ist die Diskrepanzen (Residuallasten) zwischen Angebot und Nachfrage im Energiesektor auszubalancieren. Eine in der Literatur viel zitierte Flexibilitätsoption stellt dabei die flexible Biomasse dar, worunter eine an den Bedarf ausgerichtete Betriebsweise konventioneller Biogasanlagen verstanden wird. Eine andere Möglichkeit der flexiblen Biomasse bietet die dark fermentation in Kombination mit der Methan-Produktion. In dem Projekt BioHyMeth (FKZ 64.65.69 EN 1014 A/B/C) konnte gezeigt werden, dass in einem halbtechnischen Maßstab aus einem kohlenhydratreichen Abwasserstrom Wasserstoff erzeugt werden kann und das dabei entstehende Fermentationsprodukt als Co-Substrat in der Methanproduktion eingesetzt werden kann. Aus ökologischer Sicht lässt sich mit diesem Verfahren ein doppelter Effekt erzielen, da hier nicht nur eine erneuerbare Energiequelle erschlossen wird, sondern zeitgleich auch durch die Verwendung von Abfallströmen Ressourcenschutz und Ressourcenoptimierung betrieben wird. Damit dieses Verfahren jedoch wirtschaftlich umgesetzt werden kann, bedarf es besonders unter ökonomischen Gesichtspunkten noch Optimierungsbedarf. Hierzu wurde durch die Novellierung des Erneuerbaren-Energie-Gesetz von 2012 mit dem Abschnitt 5 „Besondere Förderbestimmungen (Flexibilität)“ ein ökonomischer Anreiz gesetzt. Ziel diese Projekts BioHyMeth^control ist es, das im Projekt BioHyMeth erprobte Verfahren so zu optimieren, dass es als zentrale Flexibilitätsoption in einem Stromsystem aus 100% erneuerbaren Energien verwendet werden kann. Um eine praktische Umsetzbarkeit der Forschungsergebnisse zu gewährleisten, wird eine reale Kläranlage für das Projekt ausgewählt, für die ein Energiekonzept aus 100 % erneuerbaren Energien erstellt wird sowie eine Flexibilitätskonzept mit der zentralen Flexibilitätsoption der Wasserstoff- und Methanerzeugung, sodass die Anlage unabhängig von konventionellen Kraftwerken betrieben werden kann. Anhand der Daten der Kläranlage soll über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr eine halbtechnische Versuchsanlage betrieben werden, zu der zunächst folgenden Fragestellungen bearbeitet werden sollen:

·       Welches Energiekonzept lässt sich auf Kläranlagen realisieren?

·       Welche potentiellen Abfallströme stehen zur Verfügung?

·       Welche Flexibilitätsoptionen in welcher Größe müssen zur Verfügung gestellt werden, damit die Anlagen aus 100% erneuerbarer Energie betrieben werden können?

·       Welche Wettervorhersagen werden benötigt, um sicherstellen zu können, dass die auftretenden Residuallasten durch den biologischen Prozess kompensiert werden?

·       In wie fern lassen sich der Wasserstoff und das Methan bedarfsgerecht produzieren? Werden eventuell Gasspeicher benötigt?

·       Anhand welcher Parameter lässt sich der Energiegewinn aus dem biologischen Prozess vorhersagen?

·       In wie weit lässt sich das Verfahren durch eine Steuerung automatisieren?

·       Welche Gesamtspeicherkapazität kann durch das System für NRW zur Verfügung gestellt werden?

Wie wirtschaftlich ist ein solche System bzw. unter welchen Bedingungen ist ein wirtschaftlicher Betrieb einer Anlage möglich?