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 3 Themenkreise vor.
Zum aktuellen Stand 01.05.2019 (nächster update Juni 2019):

Überblick:

Wir bauen ein Bioenergiedorf mit insgesamt 12 Häusern und einem zentralen Herzwerk. Derzeit sind 4 Häuser mit 18 Wohneinheiten in Betrieb. Außerdem steht das Heizwerk mit einem Niedertemperatur-Nahwärmenetz bereit. Alle Häuser haben Fußbodenheizung und einen eigenen Boiler für Warmwasser. Zur Steuerung und Regelung der Heizung wird ein gemeinsames KNX-Bussystem verwendet.

Im Heizwerk steht ein 10.000 Literspeicher, der KNX-gesteuert die Wärmeenergie ins Netz abgibt.  Der Pufferspeicher wird beheizt durch eine 160 m2-Solarheizung, eine 20 KW-PV-Anlage, eine          50 kW Stückgut-Heizung und ab Mai 2019 mit einer                             200 kW-Hackschnitzelheizung.

Die nächsten Schritte in 2019:
A)   Errichtung weiterer Häuser
B)   Energiespeicherung mit Wasserstoff basierend auf Fronius-Technologie mit den Zielen:
1)   Stromproduktion für das Bioenergiedorf
2)  Heizen des zentralen Energiepuffers
3)   Betanken von wasserstoffbetriebenen e-Fahrzeugen

Im Detail die 3 Themenkreise:
1.) Elektrische Energie -Produktion und -Speicherung
1.1) Stromgewinnung durch Photovoltaik
1.2) Strommanagement
1.3) Stromspeicherung
2) Thermische Energie -Gewinnung und -Speicherung
2.1) Solar-Wasser-Panele für Warmwasserspeicher
2.2) Nähwärme Heizkraftwerk und Netz


3) Energie-Controlling und Steuerung / Regelung aller
      Energie-Quellen, -Speicher und -Verbraucher
3.1) Smart Home – Zielgruppen
3.2) Die technischen Voraussetzungen für Daten-Vernetzung und den Daten-Netzzugang

 

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  / Allgemeinstrom genutzt und der Überschussstrom wird ins Netz der EVU Ranklleiten eingespeist.
Ab 5/2019 produzieren wir zusätzlich Strom mit einer 20 kW-Anlage auf unserem Heizkraftwerkdach. Davon werden 18 kW über den Wechselrichter und den Ohmpiloten der Firma Fronius  mit Heizpatronen die elektrische Energie vollständig in thermische Energie in Form von heißem Wasser umgewandelt und nur 2 kW werden in das Stromnetz eingespeist. Dadurch sparen wir beim Aufheizen unseres zentralen 10 000-Liter Puffers  Biomasse-Brennstoffmaterial, d.h Festholz und Hackschnitzel.

1.2) Strommanagement

Ohne Stromspeicherung der überschüssigen Stromenergie müssen wir derzeit leider den Strom praktisch an die EVU “verschenken”. Aus heutiger Sicht rechnet sich die hohe Investition in eine effiziente PV-Speicheranlage ohne eine staatliche Förderung  wirtschaftlich nicht.

Deshalb ist der effiziente Umgang im Stromverbrauch  über KNX-basierte Computersteuerung derzeit der einzig wirtschaftliche Weg zur Kostenreduzierung.

Die Situation im Mai 2019:

Jedes Gebäude der Danzermühle hat einen eigenen Warmwasser-Boiler. Der Boiler in Haus 1 (700 Liter) wird in den Sommermonaten (Mai-September) über eine bestehende 20 qm-Solarheizung am Dach aufgeheizt und benötigt keine zusätzliche Aufwärmung durch die Pellets-Heizungsanlage (Zusatzheizung in Haus 1). Dagegen gibt es in den Gebäuden von Haus 2, 3 und 4 für die jeweiligen 500 Liter-Boiler keine Solar- bzw. PV-Anlage, d.h. im Sommer muß über die Nahwärmeleitung einmal am Tag für ca. 1,5 Stunden die  Vorlauftemperatur auf 70 Grad erhöht werden. Dabei werden alle Boiler in den Häusern entsprechend aufgeheizt.
In 11/2015 wurde in den Boilern von Haus 1 und Haus 2 jeweils  eine 6 KW  Heizpratrone installiert. Diese wird bei Bedarf über den Allgemein-Stromanschluß computergesteuert zugeschaltet.

Aktuelle Situation zur wirtschaftlicheren Nutzung des PV-Trackers:

Ein EMU-Produkt der Firma Lingg & Janke  mit einer KNX-Schnittstelle lenkt intelligent den überschüssigen Strom nicht mehr zum Netzbetreiber, sondern auf die elektrischen Heizpatronen der Boiler in den Häusern 1 und 2 um. 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. Aus gesetzlichen Gründen haben wir derzeit keine Erlaubnis zur intelligenten Umlenkung unserer gewonnen PV-Strom-Energie in die Boiler von Haus 3, 4 und auch das im Bau befindliche Haus 5. Durch die Umwandlung unserer 20 kW-Stromenergie in heißes Wasser, d.h. thermische Energie, umgehen wir diese aus unserer Sicht unsinnige Vorschrift und produzieren heißes Wasser. Dadurch können wir durch zeitweise Erhöhung der Nahwärmenetztemperatur auf 70 Grad die elektrische Energie indirekt zur Aufheizung der Boiler nutzen.

1.3) Stromspeicherung

Das grosse Ziel zur optimalen Nutzung der eigenproduzierten     Stromenergie ist natürlich die Stromspeicherung. Die aktuellen     Batteriespeichersysteme erscheinen uns als unsinnig bzw. nicht mehr “state of the art”.
Ziel muss eine Lösung sein, die (derzeit noch) kostenlosen Ressourcen auf unserer Welt zu nutzen. Dazu konzentrieren wir uns auf die Luft, die Sonnenenergie und unser Quellwasser.

Ursprünglich hatten wir als Schwerpunkt die Luft als Grundlage für ein Speichersystem genommen und sind in Verbindung mit einem deutschen Entwicklerteam. Allerdings sind hier noch bis zur Produktfreigabe wichtige Vorbereitungsschritte zu treffen.

Deshalb haben wir in 2/2019 ein Projekt mit der Firma Fronius in Sattledt/Wels Oberösterreich gestartet und konzentrieren uns auf die Produktion und Speicherung von Wasserstoff sowie die Nutzung der Abwärme.
Nähere Informationen zu diesem Projekt werden wir im Juni 2019 bekanntgeben.

2) Thermische Energie -Gewinnung und -Speicherung

2.1) Solar-Wasser-Panele für Warmwasserspeicher

Ab 2010 haben wir eine 20 qm-Dachfläche auf Haus 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 benachbarten neuen Betriebshallendach (ca. 160 qm) der Zimmerei Zivotic direkt neben unserem Energiehaus installieren.

2.2) Nähwärme Heizkraftwerk und Netz

Unsere ursprüngliche Heizungsanlage für die Gebäude Haus 1, 2, 3 und 4 basierend auf Pellets wurde  auf den  Schwerpunkt Stückgut / Hackschnitzel umgestellt. Dazu wurde in den Herbstmonaten 2015 das moderne Nahwärmenetz gebaut. Der Bau des zentralen Heizkraftwerkes 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 Stückgutheizung der Firma Guntamatic mit einer Leistung von 50 kW in Betrieb genommen. Da bei Außentemperaturen unter 15 Grad die grosse Solaranlage keine Energie liefert erfolgte 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 35 Grad das Nahwärmenetz versorgt (alle Häuser haben Fußbodenheizung). Dieses Netz haben wir im Sommer 2016 durch einen Wärmetauscher auf das Teilnetz Haus 1 und das Teilnetz Haus 2, 3, 4 getrennt. Während wir nun Haus 1 mit 8 Familien ganztätgig über die Pelletsheizung beheizen, versorgen wir die Fußbodenheizungen und die  Warmwasserboiler in den Häusern 2,3  und 4 computergesteuert auf 35 bzw. 70 Grad. Nach 1,5 Stunden wird die Temperatur des Netzes wieder auf 35 Grad reduziert. Dann sind die Haus-Boiler wieder entsprechend geladen. Sollte die Puffertemperatur im oberen Pufferbereich nicht ausreichen, erfolgt automatisch rechnergesteuert die Umschaltung auf das heiße Netz von Haus 1. Dort kann die Pelletsheizung automatisch eine höhere Vorlauftemperatur zur Boilererhitzung generieren.

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

Die aktuelle Situation im Mai 2019:
Sommerbetrieb der großen Solaranlage in 2018

Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der wissenschatlichen Betreuung der Firma AIT Austrian Institute of Technology GmbH
wurde in einem Wirtschaftsjahr vom 01.08.2017-31.07.2018 die 160 qm-Solaranlage genau beobachtet. Erfreulicher Weise konnten wir zum 31.07.2018 eine “Punktlandung” in der Energiegewinnung verbuchen. Das Ziel war die Produktion von ca. 30 MWh innerhalb eines Jahres. Der größte Teil der Energiegewinnung war zwischen April und Juli 2018. Die außergewöhnlich sonnigen Monate brachten eine durchschnittliche Energieproduktion von 5-6 MWh/Monat. Wahrscheinlich wird bei höherer Energieabnahme, d.h. mehr Wohraum, diese Produktion noch steigen, denn bei einem fast kochenden 10 000 Liter-Pufferspeicher  wegen fehlender Energieabnahme schaltete die Solaranlage regelmäßig ab bzw. gar nicht erst ein.

Wir sind also mit der von ASMAG Scharnstein gelieferten Anlage außerordentlich zufrieden.

Installation einer 200 kW-Hackschnitzelanlage
Noch im Mai 2019 werden wir eine 200 kW-Hackschnitzelanlage der Firma Hargassner in Betrieb nehmen. Gleichzeitig werden wir die Pelletsheizung nur noch im Wartungs- oder Notfall anstarten, da die Nutzung von Hackgut wesentlich (! Klimaerwärmung -Sturm / Borkenkäfer !) günstiger ist. Somit sind wir heizungstechnisch für die in Planung bzw. Bau befindlichen 8 Häuser unseres Bioengergiedorfes vorbereitet.

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 Handy Signatur von A-Trust mit Gesichtserkennung 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. 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 FaceID-Benutzerzugang (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. 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 2019 werden wir eine Energiebilanz im Zusammenspiel aller genutzten Energiequellen erstellen.

 

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