Heizen im Namen der Forschung

Wenn Holger Halfar den Stirling erwähnt, ist Ehefrau Ulrike sofort im Bilde. Er spricht dann über ihre Heizung im Keller: eine gasbetriebene Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage mit Stirlingmotor. Seit einigen Jahren heizen die Halfars ihre Doppelhaushälfte in Bottrop mit dieser Anlage. Seit kurzem testen sie zudem einen Batteriespeicher. Und das alles im Namen der Forschung.

Forschung betreiben, ein Labor für klimagerechten Stadtumbau sein, Klimaschutz machen: Diesen Motiven fühlt sich die InnovationCity Ruhr | Modellstadt Bottrop seit ihrem Start im Jahr 2010 verpflichtet. Dazu passend wurde 2013 unter Federführung des Gas- und Wärme-Instituts Essen (GWI) das Projekt „100 KWK-Anlagen in Bottrop“ initiiert. 100 Strom produzierende Heizungsanlagen, die nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) funktionieren, wurden damals im Bottroper Stadtgebiet in privaten Heizungsräumen installiert. Verbaut wurden 48 Otto- und 40 Stirlingmotoren sowie zwölf Brennstoffzellen-Anlagen. Ziel des Forschungsvorhabens war der Testbetrieb der unterschiedlichen Anlagen in verschiedenen Gebäudetypen und die Beantwortung der zentralen Frage: Unter welchen Bedingungen läuft die jeweilige KWK-Anlage optimal, so dass fossile Brennstoffe und somit CO2 eingespart werden können?

Fünf Jahre später, im letzten Quartal 2018, startete das GWI dann das Folgeprojekt „KWK plus Speicher“. 20 der 100 gasbetriebenen Anlagen in Bottrop erhielten in den vergangenen Monaten einen Batteriespeicher. Er soll nun dafür sorgen, dass der von der wärmegeführten Anlage gleichzeitig erzeugte Strom zwischengespeichert und somit zeitversetzt genutzt werden kann.

Den letzten Speicher erwischt

„Wir sind in den Genuss des letzten Speichers des GWI gekommen“, sagt Holger Halfar und steht vor „Nr. 20“ im Keller seines Hauses. Der letzte Batteriespeicher aus dem Projekt „KWK plus Speicher“ wurde dort Anfang April 2019 eingebaut und in Betrieb genommen. Seitdem hat sich das persönliche Monitoring, das Holger Halfar parallel zur automatischen Übermittlung der Messdaten ans GWI betreibt, stark intensiviert. Was aber auch daran liegt, dass die Halfars inzwischen eine Photovoltaik-Anlage mit einer Nennleistung von 2,4 Kilowatt-Peak (kWp) betreiben. Mitte Februar haben sie die PV-Anlage im sogenannten Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur registriert.

Morgens in der Früh checkt Holger Halfar alle Verbrauchswerte im Keller. Foto: Dirk Böttger/ICM

 

Unter der Woche startet Holger Halfars Tag morgens um 5.50 Uhr im Keller. Sein ca. DIN A3 großes Datenmerkblatt liegt auf dem Batteriespeicher, der Kuli griffbereit daneben. Zuerst stellt er die Außentemperatur fest, dann die von der KWK-Anlage verbrauchte Gasmenge. Als nächstes stehen die Stromzähler auf der Checkliste: Wieviel Strom wurde entnommen, wieviel eingespeist? Und für das Forschungsprojekt ganz wichtig: Wieviel Strom hat die KWK-Anlage produziert und wieviel haben die insgesamt zwölf Photovoltaik-Module an Dachfirst und Gaube geliefert?

„Die Kollegen vom GWI sind glücklich, dass ich all diese Zahlen so genau notiere“, sagt Halfar. Die sorgfältigen Kontrollen sind aber auch für ihn selbst von Vorteil: Nach relativ kurzer Zeit kann er bereits eine erste Bilanz der neuen Technologien ziehen. „Die ganze Geschichte scheint ziemlich homogen zu funktionieren“, lautet sein Fazit und fügt hinzu: „Es sieht so aus, als könnten wir Stromautarkie erreichen.“ Wir, das meint Herrn Halfar, Frau Halfar und Hund Sammy. Tochter Laura ist vor zwei Jahren ausgezogen.

„Jetzt im Sommer, wo wir bei diesen Temperaturen keine Heizung benötigen, läuft die KWK-Anlage nur für die Warmwassergewinnung und produziert somit weniger Strom“, erklärt der Hausbesitzer. „Dafür sorgt jedoch die nach Südsüdost ausgerichtete PV-Anlage für eine hohe Stromgewinnung. Und im Winter, wenn die Sonneneinstrahlung nachlässt, powert die KWK.“ Holger Halfar freut sich, dass er den Strom seit der Installation des elektrischen Speichers nun zu jeder Zeit nutzen kann. In seinem Fall ist die Batterie mit einer Leistung von 7,6 Kilowatt sinnvolle Ergänzung sowohl für die KWK-, als auch für die Photovoltaik-Anlage.

Das Haus der Halfars in Bottrop. Foto: Dirk Böttger/ICM

 

KWK-Technologien sind gut fürs Klima

Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme gelten als hocheffizient und sind ein wesentlicher Bestandteil der Klimaschutzstrategie des Landes Nordrhein-Westfalen. Jede KWK-Anlage – ob in Privathaushalten oder in gemischt genutzten Gebäuden – unterstützt den dezentralen Ausbau erneuerbarer Energien. Das Land NRW hat daher beide Bottroper Projekte gefördert. Bei „100 KWK-Anlagen in Bottrop“ stand vor allem die Verbreitung und Netzintegration der innovativen Mikro-KWK und Brennstoffzellen-Systeme sowie die damit erzielbaren CO2-Emissionen im Fokus. Bei „KWK plus Speicher“ geht es um die Anlagen- und Betriebsoptimierung zur Flexibilisierung des KWK-Betriebs mit innovativen Speichertechnologien.

Das aktuelle Forschungsprojekt liefert viele wichtige Erkenntnisse auf dem Weg vom Labor in die Praxis. Eingesetzt wurden bereits auf dem Markt verfügbare Batteriespeicher, deren Basis Lithium oder Blei ist. Es wird erforscht, welcher Speicher am besten zu welcher Anlage passt und wie die Nutzung flexibilisiert werden kann. Das GWI und seine Projektpartner – die Innovation City Management GmbH ist einer von ihnen – analysieren die gewonnenen Daten und bewerten auch die Wirtschaftlichkeit der Speicher in Verbindung mit den Mikro-KWK-Systemen. Weitere Systemkombinationen werden im Labor unter reproduzierbaren Bedingungen analysiert und auch an der Verbesserung der Batterie-Chemie wird gearbeitet. Das Vorhaben wird zudem sozialwissenschaftlich begleitet, um mehr über das strom- und heizungsbezogene Verhalten der Nutzer zu erfahren.

Holger und Ulrike Halfar unterstützen die Forschung in diesem Bereich gerne. Sie nehmen dafür die eine oder andere Widrigkeit in Kauf. Ausgerechnet letztes Jahr Heiligabend hätten sie beinahe keine Heizung und kein warmes Wasser gehabt. „Um 14 Uhr hat der Installateur die Anlage zum Laufen gebracht, um 16 Uhr kamen die Gäste“, erinnert sich Ulrike Halfar und lacht in der Nachbetrachtung.

Holger Halfar notiert alle Werte der KWK-und der PV-Anlage. So überprüft er sowohl die Erzeugung als auch den Verbrauch von Strom und Wärme im Haus. Foto: Dirk Böttger/ICM

 

Noch einige Hürden abbauen

Burkhard Drescher, Geschäftsführer der Innovation City Management GmbH, lobt die Teilnehmer der beiden KWK-Forschungsprojekte. „Bottrop ist als InnovationCity ein großes Labor, das ohne Laboranten nicht funktionieren würde.“ Er hofft, dass „KWK plus Speicher“ dazu beitragen wird, dass sich mehr Menschen selbst mit Energie versorgen können. „Das ist unser Ziel, denn es macht viel mehr Sinn, den Strom selbst zu nutzen, als ihn einzuspeisen.“ Drescher mahnt allerdings an, dass für eine erfolgreiche Energiewende von unten noch einige Hürden abgebaut werden müssen. „Unbedingt erforderlich ist eine Entbürokratisierung des KWK-Anlagenbetriebs. Viele Nutzer sind mit der Administration überfordert.“

Holger Halfar hat sich – wie man so schön sagt – reingefuchst. Natürlich ist auch er aufgrund der Stromeinspeisung in das öffentliche Netz zum Stromproduzenten und somit zum Unternehmer geworden. Einmal im Jahr steht die Umsatzsteuererklärung an. Was ihn beim Ausfüllen diverser Formulare zum Kopfschütteln bringt, sind unterschiedliche Abrechnungszeiträume, zum Beispiel von Hauptzollamt und Energieversorger. „Das sind wirklich Hürden“, sagt er, „aber die Rechenzentren schaffen eine Angleichung scheinbar nicht.“

Als sie sich für das Projekt „100 KWK-Anlagen in Bottrop“ meldeten, war die alte Heizungsanlage der Halfars 23 Jahre alt. Die neue Technik hat sie gereizt, der ökologische Gedanke getrieben. Lange Flüge kommen für die beiden nicht in Frage, eine Blumenwiese für die Bienen ist auch schon angelegt. Alles für die Forschung. Alles fürs Klima.

 

Dieser Text erschien in geänderter Form in der BAUIDEE November/Dezember, Nr. 6|2019.