Wenn Biomassekraftwerke dem Bedarf folgen

Nicole Weinhold

An einem sonnigen Frühlingstag liefert die Photovoltaik reichlich Strom. Im Heiznetz wird weniger Wärme gebraucht als im Winter. Für ein Biomassekraftwerk, das Strom und Wärme zugleich erzeugt, ist das eine schwierige Kombination: Läuft es unverändert weiter, passt seine Wärmeproduktion womöglich nicht zum Bedarf. Wird es gedrosselt, muss der Vergaser auch bei geringerer Leistung zuverlässig arbeiten. Wie lässt sich eine solche Anlage so betreiben, dass sie zum kommunalen Energiesystem passt – statt nur ihren eigenen Betriebspunkt zu halten?

Diese Frage steht im Zentrum des Verbundprojekts „Biovolatil“. Die Projektpartner untersuchen Biomassevergaser, die ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Brenngas versorgen. Sie wollen deren Betrieb an wechselnde Anforderungen anpassen und die Anlagen mit Geothermie sowie bestehenden kommunalen Energiesystemen zusammendenken. Es geht also nicht allein darum, einen Vergaser technisch zu verändern. Entscheidend ist, welche Aufgabe er künftig vor Ort übernehmen kann.

Man könnte den passenden Leistungsbereich für eine längere Betriebsphase wählen.

Das ist für die Energiewende relevant. Wind- und Solarstrom folgen dem Wetter; Strom- und Wärmebedarf haben ihre eigenen Tages- und Jahresgänge. Eine Kommune muss beides miteinander in Einklang bringen. Ein Biomassevergasungs-BHKW kann Strom und nutzbare Wärme aus einem Brennstoff bereitstellen, dessen Einsatz sich planen lässt. Sein möglicher Beitrag zur Flexibilität hängt jedoch davon ab, wie weit und wie verlässlich sich die Anlage an unterschiedliche Lasten anpassen lässt – und ob ihre Wärme zum jeweiligen Zeitpunkt sinnvoll genutzt werden kann.

Reaktoreinsatz für geringen Wärmebedarf

Ein Hebel liegt im Inneren des Vergasers. Die Geometrie seines Reaktoreinsatzes beeinflusst, wie viel Brennstoff umgesetzt wird und welche elektrische und thermische Leistung das Gesamtsystem erzielt. Im Projekt entwickelte das Team deshalb einen alternativen Einsatz, der den Betrieb bei geringerem Wärmebedarf ermöglichen soll. Projektpartner Burkhardt, Hersteller von Biomassekraftwerken, erprobt die Anpassung an einem Vergasersystem unter Praxisbedingungen.

Die erste Version des Einsatzes war nach Angaben von Fraunhofer Umsicht bereits rund 3.000 Betriebsstunden in Betrieb. Das ist ein wichtiger Schritt über einen kurzen Funktionstest hinaus. Das Projektteam untersucht auch das Betriebsverhalten der Anlage, ihre Sicherheit und ihre Dauerhaltbarkeit. Derzeit wird eine optimierte Variante erprobt; eine abschließende Bewertung steht damit noch aus.

Interessant ist der Ansatz gerade für bestehende Anlagen. Der Reaktoreinsatz ist so konstruiert, dass er sich mit geringem Aufwand nachrüsten lassen soll. Perspektivisch könnten Betreiber ihn bei regulären Wartungen wechseln und ihr Biomassevergasungs-BHKW damit saisonal an einen mittelfristig veränderten Bedarf anpassen. Ein solcher Umbau wäre allerdings kein Instrument, um auf jede kurzfristige Schwankung von Wind- oder Solarstrom zu reagieren. Seine Stärke läge vielmehr darin, den passenden Leistungsbereich für eine längere Betriebsphase zu wählen – etwa für Monate mit niedrigerem Wärmebedarf.

3.000 Betriebsstunden hat die erste Version des Einsatzes schon hinter sich.

Für die kurzfristigere Anpassung verfolgt das Projekt einen zweiten Weg: die Rückführung von Produktgas. Dabei gelangt ein Teil des im Vergaser erzeugten Gases erneut in den Reaktor. Erste Versuche zeigen laut Fraunhofer Umsicht, dass sich so das Betriebsverhalten beeinflussen und die minimale Anlagenlast verringern lässt. Ein niedrigerer Mindestlastpunkt könnte einer Anlage mehr Spielraum geben, ihre Erzeugung an die Nachfrage anzupassen, ohne sie ganz außer Betrieb zu nehmen.

Wie groß der Spielraum ist, sollen weitere Tests zeigen. Aus den ersten Versuchen lässt sich noch keine Betriebsstrategie für kommunale Netze ableiten. Dafür muss erst geklärt werden, welche Betriebszustände dauerhaft zuverlässig funktionieren. Die beiden Ansätze ergänzen sich dennoch: Der Reaktoreinsatz zielt auf eine Anpassung des grundsätzlichen Leistungsbereichs, die Produktgasrückführung auf mehr Beweglichkeit innerhalb des Betriebs.

Anlage: nur so flexibel wie Gesamtsystem

Technische Flexibilität am Vergaser allein löst das kommunale Energieproblem nicht. Wenn ein BHKW mehr Strom erzeugen soll, fällt zugleich Wärme an. Soll es weniger Wärme liefern, verändert sich auch seine Stromproduktion. Ob ein bestimmter Fahrplan nützt, lässt sich deshalb nur im Zusammenhang mit Strom- und Wärmenetz beurteilen. Genau dort setzt der zweite Teil von „biovolatil“ an: Die Projektpartner entwickeln Konzepte, um Biomassevergasungs-BHKW mit Geothermie und vorhandenen Versorgungsstrukturen zu koppeln.

Denkbar ist eine Arbeitsteilung, bei der unterschiedliche Erzeuger jeweils die Aufgabe übernehmen, für die sie am besten geeignet sind. Wie diese Aufteilung im konkreten Netz aussehen müsste, ist jedoch Gegenstand der Untersuchung und kein bereits feststehendes Projektergebnis. Das Team diskutiert nach Angaben von Projektleiter Johannes Voß derzeit verschiedene Kopplungskonzepte. Anschließend sollen sie ökologisch und ökonomisch verglichen werden. Die Bewertung stützt sich auf reale, standortbezogene Daten aus den Energienetzen von Oberhausen und Zittau. Das ist wesentlich: Eine Betriebsstrategie, die auf dem Papier überzeugt, kann vor Ort an einem anderen Wärmeprofil oder wirtschaftlichen Randbedingungen scheitern.