Yados
Es bedarf einer umfassenden Systemkompetenz, um Wärme-Technologien, wie Heizkesselanlagen, Blockheizkraftwerke, Wärmepumpen, Power-to-Heat-Systeme und Wärmeübertrager, auf Basis vorangegangener Auswertungen und Anpassungen maßnahmengerecht in einer Gesamtanlage zu installieren. Um neben dem smarten Zusammenwirken der Komponenten auch die Möglichkeiten zur Senkung des Brennstoffbedarfs zu prüfen, sind Wirkungsgradtests von zentraler Bedeutung. Wenn dann die Qualitätssicherung am neu gebauten Prüfstand auch als interne Effizienzmaßnahme genutzt wird, ergibt sich eine Win-win-Situation.
Kompakt zusammengefasst
■ Yados hat am Standort Hoyerswerda einen neuen Prüfstand errichtet und kann davon in ökonomischer, ökologischer und strategischer Hinsicht profitieren.
■ An bislang drei neuen Prüffeldern können BHKW mit KWK oder KWKK, Wärmepumpen, Heizkesselsysteme, Holzhackschnitzel- sowie Holzpellet-Heizkesselanlagen, Power-to-Heat-Systeme und komplette Energiezentralen geprüft werden.
■ Je Prüffeld können bezogen auf die BHKW-Lastfahrten Module mit bis zu 2 MWel getestet werden.
Der Russland-Ukraine-Krieg stellt durch eine hohe technische Abhängigkeit der inzwischen nicht mehr als sicher geltenden Erdgaslieferungen aus Russland nach Deutschland und andere europäische Länder sowie dem weitgehenden Embargo von russischem Erdöl nicht nur die Energiewirtschaft vor extreme Herausforderungen. Auch Themen der Klimakrise wie die Dekarbonisierung rücken noch stärker und drängender in den Fokus.
Dabei geht es zum einen um Substitutionsmöglichkeiten hinsichtlich erdgasbetriebener Energieerzeuger, aber auch um die Effizienzmaximierung bereits bestehender erdgasbetriebener Technologien, die als Hebel im Energiewende-Prozess angesehen werden, beispielsweise die Kraft-Wärme-Kopplung.
Um beides in Wirkungsgrad- und Funktionstests noch effektiver überprüfen zu können, hat der Energie- und Anlagenspezialist Yados an seinem Standort Hoyerswerda einen Prüfstand zur Testung anspruchsvoller Energiesysteme aufgebaut.
Die Idee dazu entstand 2019, ab 2020 wurden die Ideen in Pläne und anschließend in die Tat umgesetzt. Für die konkrete Planungsphase haben sich die Verantwortlichen ein halbes Jahr Zeit genommen, um alle Eventualitäten hinsichtlich der Unternehmensstrategie und der zu testenden Produktpalette zu berücksichtigen. Im Februar 2022 konnten die KraftWärmeKälte-Macher von Yados den neuen Prüfstand einweihen.
Vom Einzelerzeuger bis zur Energiezentrale kann alles getestet werden
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In Halle 5 können nun an bislang drei neuen Prüffeldern Funktionstests abgeschirmt von Umgebungseinflüssen aus der Produktion durchgeführt werden (Bild 1). Geprüft werden können BHKW mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK), Wärmepumpen, Heizkesselsysteme, Holzhackschnitzel- sowie Holzpellet-Heizkesselanlagen und Power-to-Heat-Systeme.
Besonders wichtig: Neben der Prüfung einzelner Energieerzeuger können auch Prüfungen im Systemverbund stattfinden. So wird das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten bereits im Vorfeld geprüft und effizient eingestellt. Im Prüffeld 3 unterziehen die Ingenieure sogar komplette mobile Energiezentralen einem Leistungstest.
In Planung ist eine Erweiterung der Prüfanlage um ein viertes Prüffeld, das sich im Außenbereich befinden wird und hauptsächlich für große mobile Energiezentralen genutzt werden soll. Durch Funktionstests ganzer Anlagen, Systemverbunde und Energiezentralen können die Fachleute diese bereits in der Produktionshalle komplett vormontieren, maximaleffizient aufeinander abstimmen und anschließend betriebsbereit ausliefern.
Der Prüfstand ist technisch so aufgebaut, dass je Prüffeld bezogen auf die BHKW-Lastfahrten entweder ein BHKW mit bis zu 2 MWel oder zwei BHKW mit jeweils bis zu 1 MWel getestet werden können. Es ist geplant, den Prüfstand künftig auch für externe Anwendungen durch andere Unternehmen nutzbar zu machen.
Auf Herz und Nieren geprüft
Im Mittelpunkt eines bestmöglichen Brennstoffeinsatzes bei KWK-Konzepten steht die konsequente Ausschöpfung seines vollen Brennwertes, indem neben der eigentlichen Verbrennungswärme auch die latente Wärme im Abgas maximal genutzt wird. Damit erzielen leistungsstarke KWK-Systeme mit integrierter Brennwerttechnik deutlich verbesserte Gesamtwirkungsgrade, sie senken den Verbrauch von Primärenergie und drosseln zugleich die Schadstoff-Emissionen.
Im neuen Prüfstand wird beispielsweise das BHKW-Modul Yado|KWK EG-50BW (50 kWel / 91 kWth) über vier Stunden lang auf seinen Wirkungsgrad getestet. Insgesamt werden dabei drei Leistungsstufen je eine Stunde lang im Testlauf gefahren, dazwischen besteht eine gewisse Anpassungszeit. Das Ergebnis: Dieses BHKW erreichte im Leistungstest einen Gesamtwirkungsgrad von 96,6 % bei einer Rücklauftemperatur von 35 °C.
Neben erdgasbetriebenen BHKW werden in Hoyerswerda auch mit Biogas und Klärgas betriebene BHKW getestet. Während der Heizwert der Brennstoffe Biogas und Klärgas ähnlich ist, hat Erdgas einen etwa doppelt so hohen Heizwert. Je nach Brennstofftyp kommen in den BHKW unterschiedliche Ausführungen von Otto-Gas-Motoren mit angepassten Verdichtungsverhältnissen zum Einsatz, um die optimale Energieeffizienz zu erzielen. So erreichen die klär- bzw. biogasbetriebenen BHKW, etwa das Yado|KWK BG-70 in den Funktionstests und damit auch im späteren Dauerbetrieb einen Gesamtwirkungsgrad von über 84 %. Klärwerke nutzen solche BHKW-Module beispielsweise, um den eigenen Strombedarf für die Abwasseraufbereitung (teilweise) zu decken.
Wasserstoffbeimischung
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Derzeit sind in den deutschen Erdgasnetzen nach dem Regelwerk Wasserstoffkonzentrationen von 1 bis zu 10 Vol.-% möglich – in der Praxis sind es in den meisten Fällen aus technologischen Gründen nur bis zu 2 Vol.-%. Einige Wirtschaftsverbände fordern, das Regelwerk für die Einspeisung ins Gasnetz so aufzustellen, dass eine Wasserstoffbeimischung in Höhe von 20 Vol.-% ermöglicht wird.
Für das Gelingen der Wärmewende ist es dann zentral, Wärme- und Energieerzeuger zu konzipieren, testen und anzubieten, die mit einer Wasserstoffbeimischung von 20 Vol.-% funktionieren und schnellstmöglich eingesetzt werden können. Würde eine Wasserstoffbeimischung von 20 Vol.-% ins Erdgasnetz Realität werden, könnte Yados auf seinem Prüfstand auch die entsprechenden Energiesysteme mit dem geänderten Gasgemisch auf Herz und Nieren testen. Die Yados-BHKW gehen diesen Schritt mit und können für den Betrieb mit einem Wasserstoffanteil von bis zu 20 Vol.-% ausgerüstet werden.
Prüfstand als innerbetriebliche Energieeffizienzmaßnahme
Die Steuerung des Prüfstands erfolgt über die hauseigene Leit- und Kommunikationstechnik Yado|Link. Auf mehreren großflächigen und bedienfreundlich eingerichteten Displays können die Experten durch das Echtzeit-Monitoring alle anlagenrelevanten Daten und Informationen abrufen und einsehen: Elektrische und thermische Leistung, Temperaturen, Drücke, Gasmenge usw. (Bild 3).
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Die Betriebsanalyse kann auch über extern zugeschaltete Arbeitsplätze erfolgen. Um die wichtigsten Anlagenparameter direkt zu koordinieren, regelt und vernetzt das Steuersystem die einzelnen Prüffelder mit den Prüflingen. So sind ein automatisches Lastfahrtmanagement und die Protokollerstellung im Anlagenverbund möglich.
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Energie, die bei den Lastfahrten produziert wird, thermisch sowie elektrisch, wird verwendet. Eine Wärmeübergabestation (Bild 5) überträgt eine thermische Leistung von bis zu 2,4 MW vom Prüfstand in den neu neben der Halle installierten 45-m3-Heizwasserpufferspeicher (Bild 4). Mit der eingelagerten Wärme wird die Hallenbeheizung über Deckenluftsysteme und die Fußbodenheizung in den Bürotrakts versorgt. Zudem wird sie zur Trinkwassererwärmung für die Wasch- und Duschräume genutzt.
Über die Bundesförderung für Energieeffizienz in der Wirtschaft hat das Unternehmen einen Zuschuss für die Kosten des Pufferspeichers erhalten.
Die bei Funktionstests und Lastfahrten anfallende elektrische Energie wird in das regionale Verteilnetz der Versorgungsbetriebe Hoyerswerda (VBH) eingespeist. Hierzu wurde neben dem Pufferspeicher ein Mittelspannungstransformator (2,5 MVA) installiert (Bild 4). Yados ist damit sowohl Abnehmer von Energie als auch Einspeiser. Dazu wurde das bisherige Vertragsvolumen um einen Einspeisepunkt in das Versorgungsnetz der VBH erweitert.
Um die Prüfstelle nicht nur nachhaltig, sondern auch ökonomisch zu betreiben, hat Yados die regionale Energiekooperation mit der VBH um ein weiteres Jahr verlängert. Für Planungssicherheit bei den KraftWärmeKälte-Profis sorgt die Tatsache, dass trotz der Turbulenzen am Energiemarkt die Energiemengen bereits 2021 zu attraktiven Konditionen beschafft und vertraglich fixiert werden konnten. Um die innerbetrieblichen Energieeffizienzmaßnahmen und den Nachhaltigkeitsgedanken weiterzuführen, erfolgt die Stromlieferung seit 2022 zudem aus 100 % erneuerbaren Energien (zertifizierte Ökostromlieferungen).
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