Optimierung des Einsatzes brennstoffzellenbasierter Mikro-KWK-Anlagen unter Berücksichtigung des gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen - Schnönfelder, Martin
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Brennstoffzellenbasierte Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (Mikro-KWK-Anlagen) stellen zur dezentralen Versorgung von Einzelhaushalten mit Strom und Wärme eine vielversprechende Technologie dar. Allerdings besteht mit der heute noch mangelhaften Wirtschaftlichkeit, insbesondere von Systemen kleinster Leistung, ein entscheidendes Hemmnis für deren Markterfolg. Entsprechend stellt sich die Frage, wie einerseits vorhandene Flexibilitätspotentiale im Betrieb der Anlage und andererseits in der lokalen Nachfragestruktur genutzt werden können, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Als…mehr

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Produktbeschreibung
Brennstoffzellenbasierte Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (Mikro-KWK-Anlagen) stellen zur dezentralen Versorgung von Einzelhaushalten mit Strom und Wärme eine vielversprechende Technologie dar. Allerdings besteht mit der heute noch mangelhaften Wirtschaftlichkeit, insbesondere von Systemen kleinster Leistung, ein entscheidendes Hemmnis für deren Markterfolg. Entsprechend stellt sich die Frage, wie einerseits vorhandene Flexibilitätspotentiale im Betrieb der Anlage und andererseits in der lokalen Nachfragestruktur genutzt werden können, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Als nachfrageseitiges Flexibilitätspotenzial bietet sich hierbei zukünftig ggf. auch das gesteuerte heimische Laden von Elektrofahrzeugen (EV) an. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das Modellsystem P-OPT zur integrierten Optimierung des Einsatzes einer brennstoffzellenbasierten Mikro-KWK-Anlage und des EV-Ladevorgangs entwickelt und angewendet. Neben einem exakt lösbaren gemischt-ganzzahligen linearen Programm kommt zur Optimierung auch eine problemspezifisch entwickelte Greedy-Heuristik zum Einsatz. Dabei werden nachfrageseitige Unsicherheiten mit Hilfe unterschiedlicher Methoden zur haushaltsindividuellen Lastprognose adressiert. Auf Basis von P-OPT wird eine umfangreiche Fallstudie für vier Haushalte unterschiedlicher Größe in je zwei Wärmebedarfsvarianten durchgeführt. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass mit dem Modellsystem die Möglichkeit geschaffen wird, den üblicherweise wärmegeführten Betrieb brennstoffzellenbasierter Mikro-KWK-Anlagen ökonomisch zu optimieren, wobei in der Fallstudie durchschnittlich 10 bis maximal 18 % jährliche Einsparungen erreicht werden.
Autorenporträt
Dr. rer. pol. Martin Schönfelder, Dipl.-Wi.-Ing., geboren 1984 in Nürnberg ist seit August 2009 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Energiewirtschaft (Prof. Dr. rer. pol. Wolf Fichtner) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Zuvor absolvierte er von 2004 bis 2009 am KIT (damals Universität Karlsruhe (TH)) den Diplomstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen (Dipl.-Wi.-Ing.). Parallel zu seinem Studium sammelte er unter anderem im Bereich der Wärmeprozesstechnik und in der Stahlindustrie Praxiserfahrung. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Energiewirtschaft ist Martin Schönfelder Teil der Arbeitsgruppe ¿Transport und Energie¿, die sich unter anderem mit der techno-ökonomischen Analyse der Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf Energiesysteme und Stoffströme beschäftigt. In seiner Ende Juli 2013 mit Auszeichnung abgeschlossenen Dissertation befasst er sich mit der Entwicklung und Bewertung prädiktiver Einsatzplanungsmethoden zur haushaltsindividuellen Optimierung des Betriebs brennstoffzellenbasierter Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen in Wechselwirkung mit dem gesteuerten heimischen Laden von Elektrofahrzeugen. Darüber hinaus stehen die durch Elektromobilität bereitgestellten Lastverschiebepotenziale sowie die Integration technischer Netzrestriktionen in optimierende Energiesystemmodelle im Fokus seines Forschungsinteresses.