4.1 Forschung und Entwicklung von Energiesystemen
Die Beobachtung, Überwachung und Bewertung von Systemen, also das Monitoring, wird v. a. bei der Entwicklung von neuen Energiesystemen eingesetzt. Neue Energiewandler und Energieumwandlungsverfahren werden auf den Testständen der Forschungsinstitute und Herstellerfirmen erprobt und bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit untersucht und dokumentiert. Auf den Testständen lässt sich die Funktionsfähigkeit neuer Verfahren überprüfen und bewerten, bevor sie den Markt erreichen. Daraus lassen sich Produktinformationen mit Kennlinien und Leistungsdaten erstellen. Teststände werden auch bei der normierten Ermittlung von Leistungsdaten von Anlagenkomponenten durch lizenzierte Prüfverfahren eingesetzt. Bei diesen Testständen wird aufwendige Messtechnik mit Datenerfassungen in höchster Auflösung eingesetzt.
Abb. 13: Reglerteststand mit zusätzlicher Messtechnik zur Entwicklung von neuartigen Regelgeräten für solarthermische Großanlagen im Labor der Hochschule Offenburg
4.2 Felderprobung von neuartigen Energiesystemen
Bei der Felderprobung von neuartigen Energieverfahren werden die auf dem Teststand erprobten neuartigen Produkte und Verfahren unter Realbedingungen, als sog. Piloten im Feld getestet. Dieser Test findet mit realen Nutzern und unter realen Wetterbedingungen über Zeiträume von 1–2 Jahren statt. Die Pilotanlagen werden dazu mit zusätzlicher Messtechnik ausgestattet, die es ermöglicht, Aussagen zu Auslegung und Betrieb sowie zur Effizienz des neuartigen Verfahrens zu machen. Mit den Ergebnissen dieses Monitorings kann dann die Markteinführung eines Produktes vorbereitet und durch den Feldtest abgesichert angegangen werden.
Abb. 14: Messstellenplan beim Feldversuch zur Erfassung von Strom erzeugender Heizung bzw. zum Mikro-BHKW
Feldtest Mikro-Blockheizkraftwerk
Im Feldtest untersucht wurden sog. Mikro-BHKW (Blockheizkraftwerke). Die Untersuchung im Auftrag des Energieversorgers badenova zur Einführung fand in den Jahren 2009 und 2010 durch die Hochschule Offenburg statt. Hierfür wurde bei 20-Mikro-BHKW-Installationen, den sog. Energiepionieren, in Südwestdeutschland eine Minimalmesstechnik eingesetzt, die es ermöglichte, eine monatliche Energiebilanzierung an den Mikro-BHKW vorzunehmen und deren Betrieb kontinuierlich zu überwachen.
Dadurch war es möglich, Betriebsausfälle rechtzeitig zu erfassen und rechtzeitig entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Unterschiedliche Fabrikate konnten im Betrieb bewertet und ausgewählt werden und schließlich konnte eine primärenergetische Gesamtbewertung des Mikro-BHKW-Betriebs vorgenommen werden. Diese Feldtests sind finanziell sehr aufwendig, verhindern jedoch bei der späteren Markteinführung Fehlplanungen und Systemausfälle, die sich dann zu enormen Kosten aufhäufen können.
4.3 Demonstration der Einsatzmöglichkeiten neuartiger Energiesysteme
Sollen unter ausgewählten Bedingungen die Potenziale neuer Energieumwandlungsverfahren demonstriert werden, werden Demonstrationsvorhaben mit wissenschaftlich-technischer Begleitung durchgeführt. I. d. R. werden dafür staatliche Fördergelder bereitgestellt, die im Rahmen von Ausschreibungen von Bundesministerien beantragt werden können. Ziel solcher Demonstrationsvorhaben ist es, deren Machbarkeit zu prüfen und mithilfe zusätzlicher, aufwendiger Messtechnik nachzuweisen.
Die mit dem Monitoring beauftragte Einrichtung prüft dabei schon vor Planung und Ausführung einer solchen Anlage, ob die Einsatzbedingungen gegeben sind, um das neue Verfahren auch erfolgreich zu testen. Dafür werden i. d. R. Voraussagen getroffen, die auf Basis von Simulationsrechnungen Energieerträge kalkulieren und Dimensionierungen abschätzen können. Ist eine erfolgreiche Realisierung absehbar, wird die Systemauslegung optimiert und eine Empfehlung für die Auswahl der bestgeeigneten Fabrikate für diese demonstrative Realisierung gegeben.
In der Inbetriebnahmephase wird die zusätzliche Messtechnik für das Monitoring der Anlage getestet und das Energiesystem auf sog. Kinderkrankheiten geprüft. Dies kann bis zu 6 Monaten der Prüfung erfordern.
Nach erfolgreicher Inbetriebnahme erfolgt eine intensive Monitoringphase über bis zu 2 Betriebsjahre. Das Anlagenmonitoring erfordert hier eine ständige Beobachtung des zu untersuchenden Energiesystems. Dazu werden die Daten in kurzen Zeiträumen abgefragt und i. d. R. täglich zur Auswertung an das wissenschaftliche Begleitteam zur Datenaufbereitung an der Hochschule versandt. Durch die Darstellung der Verläufe ausgewählter Betriebsdaten und die Bildung von Kennzahlen ist es möglich, in Tages-, Wochen- oder Monatsfrist Energieberichte zu erstellen und ggf. kurzfristig Verbesserungsmaßnahmen vorzuschlagen und durchzuführen.
Zum Abschluss des Demonstrationsvorhabens liegen umfangreiche Daten und Kennzahlen für die energetische Bewertung und vergleichende Untersuchungen des neuartigen Energiesystems vor. Im Erfolgsfall hat das untersuchte Energieverfahren bewiesen, dass es unter realen Einsatzbedingungen die in der Planung gesetzten energetischen und finanziellen Ziele erreichen kann. Das demonstrierte Energieverfahren dient nun als Referenz für vergl...