Digitalisierung und Sektorkopplung als wichtige Bausteine für die zukünftige Energieversorgung
Blockheizkraftwerke, Kraft-Wärme-Kopplung und Wasserstofftechnologie sind wichtige Bausteine der Energiewende, die zugleich ausgezeichnet zusammenwirken. Wie das konkret aussieht und was man sich darunter genau vorstellen kann, erklärt Prof. Dr. Raphael Lechner von der OTH Amberg-Weiden. Der frisch berufene Professor für Digitale Energiesysteme und Sektorkopplung ist einer der beiden Leiter des Kompetenzzentrums für Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KoKWK, an der OTH Amberg-Weiden.
„Wir arbeiten und forschen hier am KoKWK mit einem interdisziplinären Team aus Ingenieuren und Wissenschaftlern zu den Themen Energieeffizienz und dezentrale Energieversorgung mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK),“ beginnt Raphael Lechner und erläutert weiter: „Dabei fokussieren wir uns auf Blockheizkraftwerke (BHKW), die zugleich die geläufigste Anwendung der Kraft-Wärme-Kopplung sind.“
Unterschiedliche Dimension – gleiche Funktion
Mini- und Mikro-BHKWs mit wenigen Kilowatt elektrischer Leistung sind eine gern genutzte Möglichkeit für die Energie- und Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern. Im industriellen Einsatz oder für die Versorgung von ganzen Stadtteilen werden Groß-BHKWs mit mehr als 50 KW eingesetzt. „Dabei ändert sich eigentlich nur die Größe der „Blechkiste“, in der BHKWs oft verbaut werden“, erklärt Lechner. Die prinzipielle Funktionsweise von BHKWs ist eigentlich einfach: Ein Motor oder eine Turbine treibt einen Generator an, der wiederum Strom erzeugt. Die anfallende Abwärme des Motors wird ebenfalls genutzt, zum Beispiel zur Warmwasserbereitung, als Heizwärme oder Prozesswärme.
Was zunächst nicht allzu innovativ klingen mag, besticht in der Praxis durch Regelbarkeit und Dezentralität. Das heißt Energie kann genau dann, wenn sie gebraucht wird, möglichst nahe am Verbraucher erzeugt werden. „Das entlastet wiederum auch die Netze und spart Kapazitäten“, so Lechner und weist darauf hin, dass auch deshalb in Deutschland bereits etwa 20 Prozent des Strombedarfs durch Kraft-Wärme-Kopplung gedeckt werde, wobei der Beitrag zur Wärmeversorgung noch nicht einmal eingerechnet sei. „Um diesen Anteil künftig weiter zu steigern, müssen wir verstärkt digitale Methoden einsetzen, etwa Prognose- und Optimierungsalgorithmen unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz, mit denen wir ermitteln können, zu welchem Zeitpunkt KWK-Anlagen den höchsten monetären Nutzen und die höchste CO2-Einsparung im Energiesystem liefern“, erklärt Lechner.
Freie Brennstoffwahl
Ein weiterer Vorteil von BHKWs ist, dass sie prinzipiell mit fast allen Brennstoffen betrieben werden können. Dazu erläutert Lechner: „Oft wird heute noch Erdgas eingesetzt, was aber ebenfalls sehr gut funktioniert ist Wasserstoff und damit beschäftigen wir uns hier intensiv.“ Denn Wasserstoff bietet als Brennstoff enormes Potential. Zum einen, da er im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, wie Erdgas, synthetisch – und somit in beliebiger Menge – herstellbar ist. Zum anderen durch die Möglichkeit der Speicherung, oder genauer gesagt der Einsatzmöglichkeit als Speicher für regenerative Energien. Beim sogenannten Power-to-Gas Verfahren wird „überschüssiger“ Strom aus regenerativen Energiequellen, zum Beispiel Windkraft, genutzt, um mittels eines Elektrolyseurs Wasserstoff herzustellen. Dieser kann anteilig in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden oder in Tanks zwischengespeichert und bei Bedarf „rückverstromt“ werden. „Genau wegen dieser Möglichkeit zur Energiewandlung und Speicherung spielt die Wasserstofftechnologie eine so große Rolle für die Energiewende“, betont Lechner.
Unterstützung durch neue Professur
Dennoch ist Wasserstoff nicht das einzige Forschungsfeld am KoKWK: die Schwerpunkte der 2021 gestarteten 3. Förderphase, die mit rund 5 Millionen Euro vom Freistaat Bayern unterstützt wird, sind insbesondere die effiziente Vernetzung energiewirtschaftlicher Sektoren über Power-to-X Technologien, innovative KWK-Systeme und die Digitalisierung des Energiesystems. Genau für diese Themenfelder wurde Raphael Lechner zum 1. Juni als Professor neu berufen. An der Hochschule ist er kein Unbekannter, so schloss er hier 2004 erfolgreich den Studiengang Umwelttechnik als Dipl.-Ing. (FH) ab. Seine akademische Laufbahn führte ihn danach zum Masterstudium Regenerative Energien und Energieeffizienz an die Universität Kassel und zur Promotion an die University of Birmingham in Kooperation mit dem Fraunhofer UMSICHT Institut Sulzbach-Rosenberg. Beruflich ist Lechner der Hochschule ebenfalls treu geblieben. Seit über 10 Jahren ist er in leitender Funktion am An-Institut für Energietechnik IfE GmbH der OTH Amberg-Weiden tätig und seit 2014 als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Geschäftsführer am KoKWK beschäftigt.
„Raphael Lechner ist ein herausragendes Beispiel für angewandte Forschung, er weiß, was Transfer bedeutet. Als Hochschule sind wir sehr stolz, dass er als Absolvent und langjähriger wissenschaftlicher Mitarbeiter von uns so eine eindrucksvolle wissenschaftliche Karriere vorzuweisen hat“, sagt die Präsidentin der OTH Amberg-Weiden Prof. Dr. Andrea Klug und betont: „Zugleich verdeutlicht er eindrucksvoll die gestiegene Flexibilität und Durchlässigkeit im Hochschulsystem. Als (Fach-)Hochschul-Absolvent zur Promotion und zur Professur – eine Karriere die wir uns für mehr AbsolventInnen wünschen.“
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