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WM AG Newsletter 73/2018 – Die Kraft der Sonne besser nutzen

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Newsletter 73/2018

17. September 2018


Die Kraft der Sonne besser nutzen

 

Sehr geehrte Damen und Herren!

Wissenschaftler messen Einfluss von Wolken - Die Erzeugung von Photovoltaikstrom unterliegt wetterbedingten Schwankungen, deren genaue Vorhersage eine große Herausforderung für den Betrieb der Stromnetze darstellt.


Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erforscht daher gemeinsam mit Partnern im Verbundprojekt »MetPVNet« die Auswirkungen von Wolken auf die Sonneneinstrahlung und die Stromproduktion von Photovoltaikanlagen. Im September findet dazu eine Messkampagne an mehreren Standorten im Allgäu statt. Ziel ist die Entwicklung von neuen energiemeteorologischen Methoden und Computermodellen, die eine bessere Vorhersage der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen in das Stromnetz erlauben. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt mit rund zwei Millionen Euro.


Der steigende Anteil der dezentralen Einspeisung von Strom aus PV-Anlagen erfordert eine effektivere Anpassung des Managements der Stromnetze an die Wetterabhängigkeit bei der Stromeinspeisung. Mit verbesserten Vorhersagen von wetterbedingten Schwankungen bei der Stromproduktion einzelner Anlagen ließe sich der Ausbau besser planen und der Betrieb könnte optimiert werden.


Im dem disziplinübergreifenden Forschungsprojekt arbeiten Expertinnen und Experten für Atmosphärenforschung und erneuerbare Energien zusammen. Mit der Messkampagne im Allgäu wollen die Projektpartner die Basis für die Modellierung zweier wichtiger Prozesse schaffen: zum einen die natürliche Einstrahlung des Sonnenlichts in Abhängigkeit von der Wettersituation und andererseits die Stromerzeugung je nach technischen Werten der Anlage.


Dazu werden zwei umfangreiche Messstationen auf dem Dach der Hochschule Kempten sowie in einem südlich gelegenen Photovoltaik-Park errichtet, ergänzt durch rund 20 weitere kleinere Stationen in und um Kempten. Zum Einsatz kommen u.a. ein Spektrometer zur Strahlungsmessung, eine Wolkenkamera und ein Solar-Tracker, der sich nach der Sonne ausrichtet und unterschiedliche Vergleichsmessungen vornimmt. So können die Energieausbeute bei bewölktem Himmel und bei voller Sonneneinstrahlung bestimmt und mit Hilfe von Strahlungsübertragungsrechnungen Rückschlüsse gezogen werden, wie stark beispielsweise Aerosolpartikel und Wolken in der Luft die Sonnenenergie dämpfen.


Das Fraunhofer ISE unterstützt die Messkampagne mit eigenen Sensoren, entwickelt im Projekt aber vornehmlich zwei Modelle, mit denen PV-Anlagen zukünftig als Sensor für die eintreffende Solarstrahlung eingesetzt werden können. »Die inzwischen mehr als 1,7 Millionen PV-Anlagen in Deutschland werden immer häufiger mit Messgeräten ausgerüstet, die es erlauben, ihre Stromerzeugung in Echtzeit zu verfolgen. Gelingt es uns, diese Messungen als Indikator für die solare Strahlung im Projekt zu nutzen, können wir das sehr dünne Netz an Wetterstationen erheblich erweitern und mittelfristig Wetterprognosen für „den Fußgänger“ oder die solare Stromerzeugung verbessern«, erklärt Dr. Sven Killinger, Senior Scientist am Fraunhofer ISE. Durch die hohe Anzahl von Messgeräten an PV-Anlagen kann der Einfluss der Bewölkung zeitlich und räumlich hochaufgelöst erfasst werden.


•    Webseite des Forschungsprojekts »MetPVNet«


Die WM AG bietet Ihnen und Ihren Kunden folgende Möglichkeiten in den Zukunftsmarkt „Erneuerbare Energien“ zu investieren.

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Aus Holzabfällen erfolgreich erneuerbares Gas produziert

Synthetisches Erdgas aus Biomasse: Neue Methanisierungsanlage in Schweden getestet


Karlsruher Forschern ist es mit einer Pilotanlage für Waben-Methanisierung gelungen, aus einem aus Biomasse hergestellten Synthesegasgemisch hochwertiges und damit anwendungsfreundliches erneuerbares Methan zu produzieren. Der in Fachkreisen SNG (Synthetic Natural Gas) genannte Energieträger eignet sich sowohl als Brennstoff für Blockheizkraftwerke und Heizungsanlagen als auch als Treibstoff für Autos oder Lkw und ist dem fossilen Erdgas qualitativ ebenbürtig. Die Pilotanlage haben Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) entwickelt und getestet.


Wärme und Mobilität werden derzeit noch überwiegend aus fossilen Quellen gespeist. Um auch diese Sektoren in Zukunft nachhaltig und umweltschonend mit Energie zu versorgen, eignen sich nach Ansicht von Experten vor allem auch chemische Energieträger aus erneuerbaren Quellen, wie beispielsweise Biogas oder SNG.


„Chemische Energieträger weisen eine hohe Energiedichte auf und sind besonders für den Mobilitätssektor attraktiv“, bestätigt Felix Ortloff, Gruppenleiter „Verfahrenstechnik“ an der Forschungsstelle des DVGW am Engler-Bunte-Institut (EBI) des KIT.


Biogasanlagen produzieren das erneuerbare Gas vorwiegend durch Vergären von biologischen Abfällen. In Ländern mit einer intensiven Forstwirtschaft, wie Finnland oder Schweden, besteht ein großes Potenzial für die Produktion von SNG aus Holzabfällen. Hierbei wird über die Biomassevergasung ein Synthesegas gewonnen, das im Wesentlichen aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid besteht. Dieses Gemisch kann anschließend über eine Methanisierung zu hochwertigem Methan umgewandelt werden. Einen sehr effektiven Weg für diese Methanisierung haben die Forscher des Engler-Bunte-Instituts am KIT und der angeschlossenen DVGW-Forschungsstelle nun erfolgreich über mehrere Wochen im schwedischen Köping getestet.


Das Herzstück der Anlage sind wabenförmige Katalysatorträger, die in der Arbeitsgruppe „chemisch-katalytische Verfahren“ des EBI-Teilinstituts Chemische Energieträger-Brennstofftechnologie (EBI ceb) unter der Leitung von Siegfried Bajohr entwickelt und für den Einsatz in der Methanisierung optimiert wurden. „Die metallischen Nickel-Katalysatoren wandeln in einem einstufigen Prozess Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und bei ausreichender Versorgung mit Wasserstoff auch Kohlenstoffdioxid zu Methan und Wasser um“, erklärt Siegfried Bajohr.


Die in Containerbauweise realisierte Pilotanlage wurde an einen Biomassevergaser gekoppelt, der die für die chemische Reaktion notwendigen kohlenstoffhaltigen Gase liefert. In diesem Anlagenverbund wandelte die Karlsruher Methanisierungsanlage zuverlässig, über mehrere Wochen, Synthesegas zu Methan um. „Das so nachhaltig erzeugte synthetische Methan kam anschließend sehr erfolgreich beim schwedischen Projektpartner Cortus AB als Kraftstoff in den firmeneigenen Erdgas-Fahrzeugen zum Einsatz“, so Bajohr.


„Neben der Nutzung im Erdgasfahrzeug sehen wir den Vorteil der Erzeugung des chemischen Energieträgers Methan darin, dass das Gas ohne Einschränkungen in die vorhandene europäische Erdgasinfrastruktur eingespeist werden kann“, sagt Felix Ortloff vom EBI. Somit könnte es nach Einschätzung der Forscher bereits heute in vielen bestehenden Anwendungen fossiles Erdgas direkt ersetzen.


„Ein weiteres Einsatzgebiet für die Technologie sehen wir im Rahmen des Power-to-Gas-Kontextes“, so Ortloff. Hierbei wird Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Wasserstoff kann anschließend in einer Reaktion mit Kohlenstoffdioxid ebenfalls zu synthetischem Methan weiterverarbeitet werden. Neben der Entlastung der Stromnetze stufen die Forscher insbesondere die Einbindung von Biogas- oder Biomassevergasungsanlagen in Power-to-Gas-Konzepte als vorteilhaft ein. Denn so könnte die Produktionskapazität der Anlagen verdoppelt werden, da das bei der Biogasproduktion ohnehin anfallende Kohlenstoffdioxid vollständig zu Methan umgewandelt wird.


„Ein Vorteil unserer Pilotanlage ist ihre kompakte Bauweise und damit ihre Mobilität“, erläutert Ortloff. „Installiert in einem Frachtcontainer kann sie zum Beispiel dezentral, an abgelegenen Biogasanlagen, im ländlichen Raum oder in Verbindung mit anderen zukünftig relevanten CO2-Quellen, beispielsweise verschiedenen Industrieprozessen, erprobt werden“, fügt er an.
Nach dem Einsatz in Schweden ist die Pilotanlage nun wieder auf dem Weg nach Karlsruhe. „Die Anlage wird am Campus Nord des KIT in die Infrastruktur des Energy Labs 2.0 eingebunden. Ein Ziel ist es, die Waben-Methanisierung weiter zu verbessern und die Katalysatoren unter anderem für den Einsatz in erheblich größeren Anlagen zu optimieren“, sagt Siegfried Bajohr, der für die wissenschaftliche Betreuung der Pilotanlage verantwortlich ist.


Weitere Informationen:
•    https://www.storeandgo.info/  
•    https://www.elab2.kit.edu/113.php  
•    https://www.cortus.se  

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