Energiekonzept

Effiziente Energieversorgung bedeutet die optimale Produktion und Speicherung von Strom bzw. heißem Wasser und dazu ein intelligentes Energiemanagement-System.

Wir bereiten für die Energieversorgung unseres Bioenergiedorfes drei Themenkreise vor.
Zum aktuellen Stand 01.12.2016 (nächster update 01.04.2017):

1.) Elektrische Energie -Produktion und -Speicherung

1.1) Stromgewinnung durch Photovoltaik

Ab 1/2013 produzieren wir mit einer festinstallierten 10 kW-Anlage Strom und speisen diesen in das Netz des Stromlieferanten Wasserkraftwerk Ranklleiten ein.
Ab 4/2014 produzieren wir zusätzlich Strom mit einer 10 kW-Anlage auf einem Tracker, d.h. auf einem Mast wird die PV-Fläche der Sonne nachgeführt. Somit erhöht sich die Stromgewinnung um ca. 30 % im Jahr. Der Strom wird zuerst für den Eigenverbrauch genutzt und der Überschussstrom wird ins Netz der EVU Ranklleiten eingespeist.

1.2) Strommanagement

Da ohne Stromspeicherung der überschüssige Strom praktisch an die EVU “verschenkt” werden muss, kann sich aus heutiger Sicht die hohe Investition in eine effiziente PV-Anlage ohne eine anerkennende staatliche Förderung niemals wirtschaftlich rechnen. Wirtschaftliche private Eigenproduktion ist ausserdem nicht im Interesse der Stromlobby und ermuntert deshalb jeden Ingenieur zum Nachdenken.

Es sind eigentlich ganz einfache Fragen mit einer logisch einfachen Schlussfolgerung:

Frage: Wie kann ich den überschüssigen Strom “behalten” und diesen energieeffizienter verwenden? Dabei gibt es ausser der Strom-EVU noch einen kostspieligen Pellets-Energielieferanten und deshalb die weitere …
Frage: Wie kann ich den Verbrauch des teuren Brennmaterials für die  Pelletsheizung reduzieren?

Schlussfolgerung: Wenn es also gelingt teures Brennmaterial durch die Nutzung der kostbaren “überflüssigen” Stromenergie einzusparen, dann wird die PV-Anlage wieder etwas wirtschaftlicher.

Die Situation Anfang Dezember 2016:

Jedes Gebäude der Danzermühle hat einen eigenen Warmwasser-Boiler. Der Boiler in Haus 1 (700 Liter) wird in den Sommermonaten (Mai-September) über die bestehende 20 qm-Solarheizung am Dach aufgeheizt und benötigt keine zusätzliche Aufwärmung durch die Pellet-Heizungsanlage. Dagegen gibt es in den Gebäuden von Haus 2 und 4 für die 500 Liter-Boiler derzeit keine Solaranlage, d.h. im Sommer musste über die Nahwärmeleitung (Vorlauftemperatur 70 Grad) und über einen Wärmetauscher im Technikraum des Gebäudes Haus 2 die lokalen Boiler aufgeheizt werden.
Dies war nur mit erheblichem Heizaufwand, d.h. Pelletsverbrauch der Heizungsanlage, zu schaffen. Dann wurde in 11/2015 eine 6 KW  Heizpratrone im Boiler von Haus 1 installiert. Diese wird bei Bedarf über den Allgemein-Stromanschluß computergesteuert zugeschaltet. Nachdem auch die anderen Häuser mit Elektropatronen (jeweils 3 KW) ausgestattet wurden,  konnte die Vorlauftemperatur des Nahwärmenetzwerkes auf 65 Grad abgesenkt werden und die erforderlichen höheren Boilertemperaturen durch die elektrische Nachheizung abgedeckt werden. Die aktuellen  Ergebnisse sind jedenfalls sehr vielversprechend…doch nun wird erst einmal ausgiebig gemessen und gerechnet.

Aktuelle Aktion zur wirtschaftlicheren Nutzung des PV-Trackers:

Ursprünglich sollte in Zusammenarbeit mit dem PV-Lieferanten Firma Moser in Ried ein neuartiges Steuerungssystem der Firma Smartfox installiert werden. Da jedoch eine KNX-Schnittstelle fehlt, haben wir uns für ein EMU-Produkt der Firma Lingg & Janke entschieden. Die EMU lenkt intelligent den überschüssigen Strom nicht mehr zum Netzbetreiber, sondern auf die elektrischen Heizpatronen der Boiler in den Häusern 1, 2 und/oder 4. Somit werden die Boilerspeicher mit der Wärmeenergie als “Wasser-Batterie” genutzt, d.h. wir “verheiraten” die Energie aus Strom und Wasser und sparen gleichzeitig teures Heizmaterial.
Wir haben bereits die ersten Erfahrungen gesammelt und können diese auf Anfrage gern verraten.

1.3) Stromspeicherung

Das grosse Ziel zur optimalen Nutzung der eigenproduzierten Stromenergie ist natürlich die Stromspeicherung. Die aktuellen Speicherungssysteme erscheinen mir aber alle viel zu kostspielig, d.h. eine wirtschaftliche Lösung mit technisch hochwertigen Batterien kann ich noch nicht erkennen.
Ziel muss eine Lösung sein, die mit geringstem Aufwand die billigen bzw. kostenlosen Ressourcen auf unserer Welt nutzt. Dazu gehören neben dem Wasser, der Sonne und dem Wind unsere Luft und andere natürliche Gase.
Ich habe mir die Luft als Grundlage für ein Speichersystem genommen und die Firma CAEStorage ins Visier genommen.

Dort gibt es bereits einen ersten vielversprechenden Prototyp mit hohem Wirkungsgrad.

Wir haben in Abstimmung  die weitere Zusammenarbeit beschlossen und planen die Aufstellung einer Pilotanlage in unserem neuen Energiehaus, das im Frühjahr 2016 errichtet worden  ist.
Aufgrund patentrechtlicher Klärungen wird sich die Installation leider auf frühestens 2017 verschieben.

 

2) Thermische Energie -Gewinnung und -Speicherung

2.1) Solar-Wasser-Panele für Warmwasserspeicher

Ab 2010 haben wir eine 20 qm-Dachfläche auf der Danzermühle 1 zur Produktion von Warmwasser für die Sommermonate im Einsatz.
Bevor uns der Schnee Dachprobleme bereitete konnten wir noch im Dezember 2014 ein neuartiges Solarsystem der Firma  Energie Solaire über die Firma ASMAG-Scharnstein auf dem neuen Betriebshallendach (ca. 160 qm) der Zimmerei Zivotic direkt neben unserem geplanten Energiehaus installieren.

2.2) Nähwärme Heizkraftwerk und Netz

Unsere aktuelle  Heizungsanlage für die Gebäude Haus 1, 2 und 4 (Haus 3 erst in Planung) basierend auf Pellets wird künftig auf den  Schwerpunkt Stückgut / Hackschnitzel umgestellt. Dazu wurde in den Herbstmonaten 2015 das moderne Nahwärmenetz gebaut. Der neue Hallenbau erfolgte im März 2016 und die Inbetriebnahme der großen Solaranlage mit Anschluß an das Nahwärmenetz erzielten wir in 6/2016.

Nach einer sehr erfolgreichen Nutzung der grossen Solaranlage ab 6/2016 wurde in 10/2016 eine Sückgutheizung der Firma Guntamatic mit einer Leistung von 50 kW in Betrieb genommen. Da bei Außentemperaturen unter 15 Grad die grosse Solaranlage keine Energie liefert erfolgt nun die Aufheizung des 10 000 Liter-Puffers (oben 75 Grad / unten 70 Grad) über die Stückgutheizung (3-4 Mal täglich befeuern). Dabei wird mit einer Vorlauftemperatur von 42 Grad das Nahwärmenetz versorgt. Dieses Netz haben wir im Sommer 2016 durch einen Wärmetauscher auf die Teilnetze Haus 2, 4 von dem Teilnetz Haus 1 getrennt. Während wir nun Haus 1 mit 8 Familien ganztätgig über die Pelletsheizung versorgen, schalten wir zum Aufheizen der Warmwasserboiler in Haus 2 und 4 die Pumpensteuerung kurzzeitig auf den heissen Vorlauf von Haus 1 computergesteuert um.

Diese Umschaltung nehmen wir auch automatisch vor, wenn wir aus terminlichen Gründen die Stückgutheizung nicht bedienen können und nach ca. 3 Tagen die Reserven des 10 000 Liter-Puffers zur Abdeckung der Fußbodenheizungen in Haus 2 und 4 erschöpft sind.

Dazwischen helfen uns die wenigen Sonnentage mit PV-Strom zur Aufheizung der Boiler in Haus 2 und 4. An diesen Tagen ist eine Umschaltung der Fernwärmeversorgung auf die Pelletsheizung von Haus 1 nicht erforderlich.

3) Energie-Controlling und Steuerung / Regelung aller
      Energie-Quellen, -Speicher und -Verbraucher 

3.1) Smart Home – Zielgruppen

-> Facility Service

Der Facility Service nutzt neben den PCs auch moderne Smart-Phones zur Überwachung, Steuerung und Regelung des gesamten Bioenergiedorfs.
Der elektronische Netzzugang über den Facility Server ist das Tor für Netzadministratoren, für die wissenschaftliche Betreuung der großen Solaranlage, für Wartungspersonal zur Fernwartung und für ausgewählte Personen zum Testen von Netzwerkapplikationen.

Dabei wird besonderer Wert auf Datensicherheit gelegt.  Ein Login auf das gesamte Netzwerk wird künftig nicht mehr über herkömmliche Benutzernamen und Passwörter erfolgen, sondern über die LIVE-Gesichtserkennung der Firma BioID durchgeführt. PC-Kameras oder moderne Smartphones sind hierfür bereits ausreichend.

Somit ist der Diebstahl von Zugangskennungen oder Hackerangriffe gegen das Netzwerk unmöglich geworden.

->  Bioenergiedorf-Bewohner

Alle Bioenergiedorf-Bewohner haben über ihren PC bzw. eigenes Smartphone viele technische Smart Home-Möglichkeiten im Zugriff auf  ihre Wohnung oder auch z.B. für die gezielt notwendige Einschaltung von Strassenbeleuchtung eines Zufahrtsweges zum Haus.

->  Bioenergiedorf-Besucher

Darunter verstehen wir Wohnungsbesucher genauso wie Lieferanten, medizinische Dienste oder sogar den Notarzt. Die Szenarien können auf die technischen Rahmenbedingungen abgebildet werden.

 

3.2) Die technischen Voraussetzungen für Daten-Vernetzung und den Daten-Netzzugang

Bei der Gesamtvernetzung des Bioenergiedorfes wird von Anfang an auf eine Lichtwellen-Vernetzung geachtet (Die  Baggerarbeiten für die Leitungsvoraussetzungen zum Anschluss von Lichtwellenleitern wurden von der Telekom in 9/2016 abgeschlossen). Von den einzelnen Häusern wird der Übergang auf “Kupfer-Kabel” z.B. CAT 7 /KNX geschaffen. Die Basis zur Vernetzung ist der Standard KNX/EIB und damit koppelbare Netz-Bus-Systeme z.B. LOXONE-Bus, M-Bus (z.B. Ista), MOD-Bus, Profi-Bus, Can-Bus und weitere. Die KNX-Vernetzung betrifft sowohl die Wohngebäude als auch die gesamte Wegeinfrastruktur und die Anbindung der Energie-Quellen, -Speicher.

Bei den Lieferanten von Smart-Home-Lösungen hatten wir  Komponenten von LOXONE und GIRA im Einsatz. Im November 2015 wurde der LOXONE-Server, der keine KNX-Zertifizierung besitzt, vom Busnetz getrennt und eine Gesamtumstellung auf den GIRA-Server vorgenommen. Die technischen Herausforderungen liegen derzeit im Bereich der Heizungssteuerung und Energieverbrauchsüberwachung z.B. von modernen KNX-Bus-Wärmemengenzählern. Vor allem der benutzerabhängige Facility-Server mit dem künftig besonders geschützten BioID-Benutzerzugang (LIVE-Gesichtserkennung) sind das entscheidende Nadelöhr zum sicheren “Betreten” des Netzwerks und damit zum Öffnen und “Betreten” einer Wohnung.

Der zentrale Facility-Server der Firma GIRA wurde im  Februar 2015 von der Firma IB-Rauscher installiert und die Planung für das Projekt BioID-Facility-Server (BioID-FS) konnte gestartet werden. Durch die Modernisierung des Netzzugangs durch GIRA-updates in 11/2015 erhält der gesicherte Netzzugang eine immer wichtiger werdende vertrauensbildende Komponente.

Mit Inbetriebnahme der großen Solaranlage erfolgte auch die volle Nutzung des Facility Servers, d.h. sowohl die Steuerung von Pumpen, die Kontrolle von Wärmemengenzählern und die Kurvenauswertung der Energieerzeuger wie PV- und Solar-Anlagen kann jederzeit über einen PC oder ein Smartphone erfolgen.

Zum Jahresende 2016 werden wir die 1. Energiebilanz im Zusammenspiel aller genutzten Energiequellen erstellen.

 

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