VERBINDUNG VON GASMOTOREN MIT ERNEUERBAREN ENERGIEN
Im Energiesektor vollzieht sich derzeit eine der größten Transformationen seit seinen Anfängen. Entwicklungsländer erleben eine schnelle Industrialisierung und damit eine wachsende Nachfrage nach Strom. Private und gewerbliche Verbraucher in der gesamten Region Asien/ China/Indien erwarten eine kostengünstige und zuverlässige Stromversorgung. In vielen Ländern dieser Region war die Nachfrage nach Strom bisher gering. Diese Länder müssen nun die dreifache Herausforderung bewältigen, mehr Strom zu erzeugen, die für die Übertragung erforderliche Infrastruktur zu schaffen und die Verteilung zu ermöglichen.
Bis 2040 wird eine jährliche weltweite Gesamtwachstumsrate der Stromkapazität von 2,3 Prozent erwartet. Diese beinhaltet 3,5 Prozent Wachstum von kohlenstoffarmen und erneuerbaren Energien und ermöglicht so einen viel langsameren Kapazitätsanstieg von 1,5 Prozent bei den fossilen Brennstoffen. Diese Änderungen beinhalten auch eine Änderung in der Nachfrage nach fossilen Brennstoffen hin zu Gas. Siehe hierzu Abbildung 7 (IEA, 2016). Der Leistungszuwachs in Asien außer China und Indien wird auf etwa 4,0 Prozent geschätzt und beinhaltet eine beindruckende Wachstumsrate von 5,5 Prozent für kohlenstoffarme und erneuerbare Energien (IEA, 2016).
In vielen dieser Länder fehlen bisher eine flächendeckende Stromversorgung sowie eine landesweite Netzinfrastruktur. Dies macht es doppelt schwer, das Wachstum fluktuierender erneuerbarer Energien schneller voranzutreiben als das Gesamtwachstum der Stromkapazität. In diesen Fällen kann dezentrale Energieerzeugung aus erneuerbarer Energie in großem Stil abseits des Stromnetzes ein Weg sein, Verbraucher schnell mit Strom zu versorgen. Die Bereitstellung einer stabilen elektrischen Leistung und die zukünftige Integration in ein landesweites Netz müssen jedoch sorgfältig geplant werden.
Das Microgrid-Konzept ist ideal für die Kombination von Verbrennungsmotoren mit erneuerbaren Energiequellen, gestützt durch Batteriespeicher, geeignet. Mit einer derartigen Lösung lässt sich die Systemeffizienz steigern:
- Wenn beispielsweise die Sonne scheint und die Solarmodule Strom produzieren, ist ein Betrieb der Generatoren mit fossilen Brennstoffen nicht erforderlich. Außerdem können die Batterien geladen werden. Hierdurch lassen sich Kraftstoffkosten, Emissionen und Wartungsbedarf der Generatoren reduzieren.
- Wenn die Sonne nicht scheint, kann der Kunde eine zuverlässige Versorgung über alternative Energiequellen sicherstellen. Die Verbrennungsmotoren sind flexibel, können jederzeit mit Kraftstoff betrieben werden und sind nicht auf Tageslichtzeiten und Sonnenschein angewiesen. Kürzere Perioden können leicht durch Batteriespeicher überbrückt werden, ohne dass hierfür die Verbrennungsmotoren gestartet werden müssen.
Der Trend zu alternativen und nachhaltigen Energiequellen hat in den letzten Jahren zur weiten Verbreitung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen geführt. Sonnenenergie ist umweltfreundlich und unerschöpflich, allerdings weder konstant noch vorhersehbar verfügbar. Dunkelheit und Witterungsbedingungen können zu Schwankungen in der Energieversorgung führen.
Eine Lösung für dieses Problem bieten mit fossilen Brennstoffen betriebene Aggregate, die zuverlässig rund um die Uhr Energie liefern. Zusammen mit den Projektpartnern können RRPS und mtu Onsite Energy den Kunden auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösungen bieten, die die Vorteile von z.B. Photovoltaikanlagen, Batteriespeichern und Gaskraftwerken kombinieren und so ein zuverlässiges und nachhaltiges System bilden.
Neben ihrem geringen Platzbedarf werden Aggregate mit Verbrennungsmotor in Microgrids auch für ihre Fähigkeit, schnell hochzufahren, geschätzt. Diese schnelle Verfügbarkeit minimiert oder verhindert nicht nur Stromausfälle, sondern trägt auch zur Optimierung eines solchen dezentralen Netzes bei. Dabei bezieht sich Optimierung auf die Fähigkeit einer modernen Microgrid-Steuerung, die unterschiedlichen Ressourcen des Microgrids so zu nutzen, dass die bestmögliche Wirtschaftlichkeit erzielt wird. Die auch als “Gehirn” des Microgrids bezeichnete Steuerung ist eine Software, die alle Ressourcen des Microgrids managt und die Trennung und Verbindung mit dem zentralen Stromnetz regelt. Die Steuerung berechnet ständig die beste oder optimale Mischung der Ressourcen für das Microgrid. Als Basis dienen Energiepreise, Kraftstoffverfügbarkeit, Wetter und andere Faktoren. Da Verbrennungsmotoren schnell gestartet und abgeschaltet werden können und in der Regel über eine vorhandene Kraftstoffquelle verfügen, sind sie ein flexibles Werkzeug, das die Steuerung nutzen kann. So kann das Aggregat schnell gestartet werden, wenn die Energieerzeugung mittels Sonnen- oder Windkraft plötzlich nachlässt. Darüber hinaus können mit dem Aggregat Spitzenlasten abgefedert oder die Nachfrage zu anderen Zeiten gesteuert werden (Microgrid Knowledge, 2016).
Unabhängig von den Steigerungsraten ist klar, dass die Leistung aus fluktuierenden, erneuerbaren Energien zunehmen wird. Als Faustregel gilt, dass aus wirtschaftlicher und betrieblicher Sicht eine Grenze für den maximalen Leistungsanteil existiert, der durch fluktuierende, erneuerbare Energien zur Verfügung gestellt werden kann und dass diese Grenze in etwa dem Leistungsfaktor (durchschnittlich erzielbare Leistung bezogen auf die Nennleistung) entspricht (Jenkins, 2015). Diese angenommene, maximale wirtschaftliche und technische Grenze wird derzeit umfassend diskutiert; die Auswirkungen der Kapazität aus fluktuierenden erneuerbaren Energien werden bei einer wesentlich geringeren Durchdringung jedoch bereits jetzt in Netzwerken weltweit spürbar.
Es wird erwartet, dass die Flexibilität der Gasmotorentechnologie eine wesentlich größere Rolle bei der Aufrechterhaltung der Netzstabilität spielen wird. Der Übergang von großen, zentralen Spitzenlastkraftwerken und Gasturbinen zu kleineren Einheiten legt für die Zukunft mehr motorbasierte Kraftwerke nahe.
Die Erwartung einer steigenden Nachfrage nach Flexibilität und Effizienz, geringeren Emissionen und niedrigeren Kosten wird die technischen Anforderungen an die Gasmotorentechnologie weiter steigern.
Eine Flexibilisierung der Stromversorgung zur Integration mehr erneuerbarer Energien aus Wind und Sonne scheint oberste Priorität zu haben und derzeit am wichtigsten zu sein. Außerdem ist die Stromnachfrage weniger stabil als bisher, sondern zunehmend durch Nachfragespitzen geprägt. Um diese Spitzen so präzise wie möglich bedienen zu können, ist eine schnelle und flexible Stromerzeugung erforderlich. Genau dies leisten Verbrennungsmotoren.