2007 Institutsbericht - IZES gGmbH
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Institutsbericht
2007
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Horst Altgeld Jens Pfundstein Marius Atanasiu Nicola Sacca Lütfi Aycin Ariawan Santoso Mathias Babel Michaela Schlichter Frank Baur Christian Schorn Ulrich Bemmann Bastian Schulz Thomas Bischoff Bernd Schurich Johannes Boettcher Manfred Schütz Michael Brand Anton Schweiger Ulrich Bruch Klaus Seibert Ingrid Burger Mike Speck Ralf Cavelius Frithjof Spreer Felix Cebulla Mikael Springer Michael Christ Danjana Theis Annegret Classen Uwe Thiel Patrizia Collura Simone Trapp Frederik Diener Manuel Trapp Barbara Dröschel David Weiß Anna Dürnhofer Frederike Wilhelm Susanne Duval Jianfeng Xu Matthias Eger Claudia Ziegler Beate Faßbender Nicolai Zwosta Günther Frey Andreas Gisch Muhammet Göktepe Vladimir Goldmann Sebastian Grimm Bodo Groß Yvonne Hallfell Stefan Hartmann Juri Horst Michael Janoschka Iris Kempa Klaus Kimmerle Jonas Klöpfer Thomas Kneip Marc Koch Uwe Leprich Frank Linn Michael Mahler Isabelle Mancosu Philip Mewes Farid Mirgavameddin Christian Mischo Nina Müller Oliver Müller Florian Nagel Benjamin Päßler
Institutsbericht 2007 Die IZES gGmbH (Institut für ZukunftsEnergieSysteme) wird von der saarländischen Landesregierung gefördert.
Institutsbericht 2007
Inhaltsverzeichnis
1. Vorbemerkung 3
2. Entwicklung und Ziele 5
3. Organisation 9
4. Technische Infrastruktur 12
5. Forschung und Entwicklung
5.1 Allgemeines 13
5.2 Das Arbeitsfeld Energiesystemtechnik und seine Projekte 13
5.3 Das Arbeitsfeld Stoffstrommanagement / Biomasse und 19
seine Projekte
5.4 Das Arbeitsfeld Energiewirtschaft / Zukunftsmärkte und 22
seine Projekte
5.5 Das Testzentrum Saarbrücken (TZSB) und seine Projekte 26
6. Projekte in der Startphase 28
7. Alle Projekte 2007 32
8. Das IZES nach außen 36
Institutsbericht 2007
Das Jahr 2007 brachte für das IZES interessante neue, auch längerfristige
Projekte, die oft Arbeitsfeld übergreifend bearbeitet werden. Obwohl einige
MitarbeiterInnen das Institut verließen, konnte der Drittmittelanteil um 10%
im Vergleich zum Vorjahr gesteigert werden.
Die politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Arbeit des
Instituts haben sich nochmals entscheidend verbessert. Auf europäischer
und nationaler Ebene wurden Weichen gestellt hin zu mehr Energieeffizienz
und erneuerbaren Energien. Die zuletzt die 100 $ pro Barrel-Marke
übersteigende Ölpreisentwicklung tat ein Übriges, um das Interesse an
1. Vorbemerkung
Energiethemen auf allen Ebenen weiter zu erhöhen.
Wir freuen uns daher, Ihnen unsere Arbeit vorzustellen und laden Sie ein, uns
auf unserem Rückblick 2007 zu begleiten. Er ist gleichzeitig auch schon ein
Ausblick auf die weitere Institutsentwicklung.
Das Leitungs- und
Organisationsteam
Auch im vergangenen Jahr konnten wieder etliche Forschungsprojekte
akquiriert und bereits laufende zu Ende geführt werden.
Neben den Projekten, die vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz
und Reaktorsicherheit (BMU) und dem Bundeswirtschaftsministerium (BMWi)
beauftragt wurden, erteilte auch das Bundesministerium für Ernährung,
Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) dem IZES weitere Aufträge.
Das Leitungs- und Organisationsteam (v.li.).: Michael Brand, Susanne Duval, Barbara Dröschel, Bodo
Groß, Simone Trapp,Horst Altgeld, Isabelle Mancosu, Frithjof Spreer
3
Institutsbericht 2007 Die Politikberatung bildete nach wie vor einen Schwerpunkt, aber auch Projekte im Bereich erneuerbare Energien und energetische Gebäudesanierung konnten neu begonnen oder weiter geführt werden. Hier geht es vor allem um den Transfer von theoretischen und Laborergebnissen auf größere Objekte in der Praxis. Einige mehrjährige Forschungsprojekte im Auftrag der Europäischen Kommission umfassen Projekte im Bereich Kraft- Wärme- Kälte- Kopplung unter Einsatz von regenerativen Brennstoffen, aber auch den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung allgemein. (Mehr Information dazu finden Sie unter Kapitel 5. Forschung und Entwicklung und Kapitel 6. Projekte in der Startphase). Wir können also wieder auf ein erfolgreiches Jahr 2007 zurückblicken und danken unseren Gremien und Fördergebern hierfür. Unser Dank gilt dem Aufsichtsrat und den Gesellschaftern der IZES gGmbH, die uns unterstützend begleiten. Das Saarland, weiterhin Hauptgesellschafter der IZES gGmbH, sorgt durch seine institutionelle Basisförderung für die Grundausstattung des Instituts. Für dieses Engagement möchten wir uns ganz herzlich bedanken. Unser weiterer Dank gebührt der EU-Kommission, den Bundesministerien für Wirtschaft und Technologie, für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Umweltbundesamtes sowie den Ministerien für Wirtschaft und Umwelt des Saarlandes. Wir bedanken uns auch bei unserem wissenschaftlichen Beirat unter Vorsitz von Prof. Hempelmann für die motivierende Begleitung unserer Arbeit und alle wichtigen Anregungen in diesem Zusammenhang. Auch den aktiv an unserer Entwicklung teilnehmenden KollegInnen und MitarbeiterInnen der Hochschule für Technik und Wirtschaft und der Universität des Saarlandes gilt unser Dank. Der besondere Dank der Institutsleitung geht natürlich wieder an die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts, ohne deren Kompetenz und Engagement die erfolgreiche Beantragung und Bearbeitung von Projekten nicht möglich wäre. Abschließend bedanken wir uns im Namen aller Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts bei allen Partnern, Förderern und Auftraggebern für die fruchtbare Zusammenarbeit und das uns entgegen gebrachte Vertrauen. Saarbrücken, im März 2008 4
Institutsbericht 2007
2. Entwicklung und Ziele
Die Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter
Das Institut ist mittlerweile auch ein gefragter Forschungspartner in der Region,
wenn es um Feldversuche mit Wärmeerzeugern, energetische Sanierungen
im Gebäudebereich, die Umsetzungsbegleitung von Biomasseanlagen oder
die Begleitung von Nahwärmeversorgungskonzepten für Wohn- und
Gewerbegebiete geht. Doch auch Potenzialerhebungen und –analysen für
Anlagen und Energiekonzepte bilden einen starken Schwerpunkt unserer
Arbeit. Generell ist festzustellen, dass durch die Erhöhung des Be-
kanntheitsgrades von IZES auch die Zahl der Projektaufträge in der Region
anwächst. Von den 124 in 2007 begonnenen, weiter geführten oder
beendeten Projekten kommen ca. 30 von Auftraggebern aus der Region.
Diese sind im Wesentlichen Energieunternehmen, Gebietskörperschaften,
private Unternehmen und Wohnungsbaugesellschaften, zum Teil auch aus
dem benachbarten Frankreich und Luxemburg.
Damit ist das Institut auf dem Weg zu dem selbst gesetzten wie auch seitens
der Landesregierung angestrebten Ziel eines regionalen Forschungs-
dienstleisters wesentlich voran gekommen.
Erfreulicherweise hat sich auch das akkreditierte Testzentrum sehr positiv
entwickelt. Es konnte seine Auftragslage vor allem durch den kontinuierlichen
Ausbau von Kollektor- und Systemprüfungen mit Zertifizierung erheblich
verbessern und kommt nun ohne zusätzliche Zuschüsse aus (s. dazu auch
Kapitel 5.5 Das Arbeitsfeld Solarforschung / TZSB).
5
Institutsbericht 2007
Was die nationale und europäische Aufstellung des IZES betrifft, so konnten gerade in 2007
neue Projekte hinzugewonnen werden, die als schwerpunktmäßige Ausrichtung den weiteren
Ausbau und die Integration von erneuerbaren Energien in Umwandlungs- und Über-
tragungsstrukturen sowie im energiewirtschaftlichen Kontext umfassen. Auch eher technisch
ausgerichtete Projekte wie eine weitere Verbesserung von Kraft-Wärme-(Kälte)-
Kopplungstechniken (KWK(K)) zur Biomassenutzung sind in diesem Zusammenhang zu nennen.
Damit wird deutlich, dass die Verteilung von Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten auf die
Themengebiete Energiesystemtechnik, Stoffstrommanagement / Biomasse, Energiewirtschaft/
Zukunftsmärkte und Solarforschung sehr effizient und die Forschungsausrichtung des Instituts
gut gewählt ist.
Institutsentwicklung
Im Jahr 2007 konnte IZES seine Position als eines der renommierten deutschen Institute im
Bereich Energieforschung weiter ausbauen. Anzahl, Art und Umfang der neu bearbeiteten
wie auch der noch laufenden Projekte stehen für diese Entwicklung.
Erstmals musste IZES aber auch den Weggang gleich
mehrerer MitarbeiterInnen verkraften, was durch beispielhafte
Kooperation der verbliebenen MitarbeiterInnen insgesamt
gut aufgefangen wurde. Insgesamt arbeiteten 2007 rund
70 MitarbeiterInnen in Voll- und Teilzeit am Institut, darunter
28 WissenschaftlerInnen inklusive der Geschäftsführung und
der wissenschaftlichen Leitung. Diese wurden von 31
StudentInnen, Hilfskräften, dem Sekretariat und dem EDV- Das EDV-Team:
Team unterstützt. Uwe Thiel, EDV-Leiter (links),
Michael Janoschka
Der Hauptsitz des Instituts befindet sich nach wie vor im IT Park Saarland. An der Hochschule
für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW) unterhält es in Gemeinschaft mit den dortigen
Labors für Energietechnik und Physik das Testzentrum TZSB mit vielfältigen Mess- und
Testeinrichtungen für den Bereich Solarthermie und Fotovoltaik und der Versorgungstechnik
(s. hierzu auch Kapitel 4. Technische Infrastruktur).
Ausrichtung der Arbeit im Kontext energiepolitischer Entwicklungen
Im Laufe der acht Jahre seines Bestehens haben sich am Institut Schwerpunkte und
Expertenwissen in den Arbeitsfeldern herausgebildet. Daher ist IZES mittlerweile auch zu einem
der bekannten nationalen und europäischen Forschungsinstitute im Bereich Energieeffizienz,
erneuerbare Energien und nachwachsende Rohstoffe geworden.
Begünstigt wird diese Entwicklung auch durch die Anstrengungen zum Klimaschutz auf
europäischer und nationaler Ebene. Unter deutscher Ratspräsidentschaft hatte die Europäische
Kommission im Januar 2007 in Brüssel ein Maßnahmenpaket vorgelegt, das die Energiepolitik
für die kommenden Jahrzehnte skizzierte. In dem Paket griff die Kommission die
Herausforderungen des Klimawandels auf, thematisierte die Versorgungssicherheit und
kritisierte den fehlenden Wettbewerb auf dem europäischen Energiemarkt. Das Paket bildete
die Grundlage für den Energiegipfel der Regierungschefs im Frühjahr 2007, auf dem der
„Europäische Aktionsplan Energie” verabschiedet wurde. Dieser legte u.a. konkrete
Zielvorgaben fest: Danach soll bis 2020 der Anteil der erneuerbaren Energien am
Gesamtenergieverbrauch auf 20% ansteigen und dieser durch Effizienzmaßnahmen insgesamt
um 20% sinken.
6Institutsbericht 2007
Die Bundesregierung hat den Zielvorgaben Mit Blick auf den internationalen, euro-
auf europäischer Ebene in den sog. päischen und nationalen Kontext, wozu
„Meseberger Beschlüssen” Rechnung auch die zuletzt über der 100>$ pro Barrel-
getragen. Auf der Klausurtagung des Marke liegende Rohölpreis zählt, zeigt sich
Kabinetts in Meseberg im August 2007 wurde deutlich, dass Fragen des Klimaschutzes und
das bislang wohl umfangreichste einer nachhaltigen Energieversorgung keine
Klimaschutzprogramm für Deutschland nationalen Randthemen mehr sind, sondern
verabschiedet. Das Paket umfasst u.a. im Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit
Maßnahmen beim Wohnungsbau, bei der angekommen sind.
Energieerzeugung und beim Verkehr. Damit
könnte nach Angaben der Bundes- Diese Tatsache ist für die Arbeit des IZES von
regierung bis 2020 der Ausstoß von Kohlen- großer Bedeutung und schlägt sich sowohl
dioxid um rund 35 bis 36 Prozent unter den in der Auftragslage wie auch in den Inhalten
Wert von 1990 gedrückt werden. Im Zuge der Forschungsprojekte nieder. Das Thema
der Umsetzung der europäischen Richtlinie Energieeffizienz und nachhaltige Energie-
über Endenergieverbrauch und Energie- versorgung gewann mithin 2007 noch stärker
dienstleistungen (EDL-RL) legte das Bundes- an Bedeutung, was im Saarland nicht un-
ministerium für Wirtschaft und Technologie abhängig von der demografischen Entwick-
im September 2007 den Entwur f des lung zu sehen ist. Unter diesem Aspekt kon-
nationalen Energieeffizienzaktionsplans sultieren z.B. Wohnungsbaugesellschaften
(EEAP) vor. Dessen Zweck ist es, darzulegen, das Institut, um sich innovative maßgeschnei-
wie Deutschland die sich aus der EDL-RL derte energetische Sanierungsmaßnahmen
ergebenden Verpflichtungen erfüllen will, für ihren Bestand entwickeln zu lassen, denn
insbesondere mit welchen Maßnahmen der bei zurückgehenden Bevölkerungszahlen,
in der Richtlinie vorgeschriebene End- hohen Energiepreisen und bereits gegen-
energieeinsparwert von 9% erreicht werden wärtig höheren Leerständen zählt in Zukunft
soll. Der EEAP stellt konsequenter Weise be- die energetische Optimierung von Wohn-
reits existierende sowie neue Maßnahmen raum immer stärker. Solche Optimierungs-
für die Bereiche private Haushalte, strategien werden zunehmend auch auf
öffentlicher Sektor, Gewerbe, Handel, der kommunalen Ebene angewandt. So hat
Dienstleistungen, Industrie und Verkehr dar. ein saarländisches Stadtwerk das IZES mit
Auch Sektor übergreifende Maßnahmen sind der Entwicklung von Energieszenarien bis
darin enthalten. 2020 beauftragt. Der Ortsteil einer anderen
Kommune möchte mit Unterstützung des
Highlight und Enttäuschung in einem war IZES seine eigene Energieversorgung auf der
dann Ende 2007 die Weltklimakonferenz in Basis von Biogas mit Nahwärmeversorgung
Bali. Die europäischen Länder wollten realisieren. In einem neuen europäischen
konkrete Ziele zur Senkung der Treibhaus- Projekt soll der nach-haltige Sommerkomfort
gasemissionen festlegen, während die USA für Zweckgebäude durch den Ausbau von
vor allem betonten, dass Klimaschutz in der Netzwerken, die Verbesserung auch
nationalen Verantwortung der Länder an- gesetzlicher Rahmenbedingungen und
zusiedeln sei. Da außerdem etliche Ent- Anreize auf nationaler und regionaler Ebene
wicklungsländer um ihr gerade beginnendes für mehr Energieeffizienz in diesem Bereich
Wirtschaftswachstum fürchteten, gab es ausgebaut werden. Dabei geht es im
auch hier keine einheitliche Marschroute. Wesentlichen um die Reduktion des Energie-
Das Ergebnis der Mammutkonferenz blieb bedarfs für Klimaanlagen.
letztendlich hinter vielen Erwartungen zurück.
7Institutsbericht 2007 In einer nachhaltigen Energieversorgung der Zukunft dürfen natürlich auch die erneuerbaren Energien und nachwachsenden Rohstoffe nicht fehlen. Dies ist demnach auch ein Hauptschwerpunkt der Institutsarbeit. In europäischen und nationalen Projekten werden Rahmenbedingungen und Hindernisse für den weiteren Ausbau von erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung untersucht. Auch Einsatz und Weiterentwicklung von EDV-gestützten Managementsystemen zu deren besserer Integration in die Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen werden getestet und vor Ort z.B. in Zusammenarbeit mit Kommunen und Energieversorgern eingesetzt. Auch Forschungsaktivitäten und Feldtests von kleinen Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplungsanlagen zur Nutzung von unterschiedlichen Biomassen fallen in diesen Bereich sowie Arbeiten zur Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze in Zusammenarbeit mit Energieversorgern. Auch das Testzentrum für Solaranlagen konnte seine Entwicklungsunterstützungs- und Zertifizierungsaktivitäten erheblich ausweiten und begleitet außerdem ein Projekt, das ein neuartiges Gewächshaus für Gärtnereien auf der Basis von Solarenergie und KWK untersucht (zu den Projekten s. auch Kapitel 5. Forschung und Entwicklung und Kapitel 6. Projekte in der Startphase). Um Synergieeffekte bei Forschungsaufgaben besser nutzen zu können, wird auch weiterhin auf Kooperationen in Netzwerken gesetzt. Innerhalb der von IZES initiierten Arbeitsgruppe Dezentrale Energieversorgung (DENVER) konnten einige Forschungsprojekte zu Brennstoffzellen und kleinen KWK-Anlagen umgesetzt werden (s. auch www.izes.de/DENVER ). So werden in einer Gasdruckregel- und Messanlage eines Stadtwerks das Langzeitverhalten von Brennstoffzellen- und Stirlingmotor- BHKW getestet, ein Prüfstand für kleine KWK-Anlagen mit verschiedenen Messeinrichtungen betrieben und eine Hochtemperaturbrennstoffzelle im Langzeit-Grubengasbetrieb bewertet. Mit der Forschungsstelle für Zukunftsenergien an der Universität des Saarlandes und vielen Industriepartnern wird das Projekt „LEXU - außen liegende Wandheizung” bearbeitet, in dem bereits einige Zwischenergebnisse präsentiert wurden (s. dazu auch Kapitel 5.2 Das Arbeitsfeld Energiesystemtechnik und seine Projekte). IZES ist weiterhin Mitglied im Verein der Energieagenturen Deutschlands e.V. (EAD). In diesem Kreis treffen sich Energieagenturen regelmäßig, um aktuelle Entwicklungen zu diskutieren und sich gegenseitig zu unterstützen. Auch Veranstaltungen werden vom EAD initiiert (weitere Netzwerke s. Kapitel 8.5 Mitgliedschaften). Im Saarland arbeitet IZES mit den Stadtwerken Homburg zusammen, mit den Gas- und Wasserwerken Schwalbach, mit den Stadtwerken Saarbrücken, der OTS GmbH, mit ItN Nanovation AG, dem SaarForst Landesbetrieb, der WOGE Saar mbH, der GBS GmbH Saarlouis, der Evonik New Energies GmbH und der VSE AG. Ausblick Im Jahr 2007 konnte IZES mehr wissenschaftlich bedeutsame Projekte erfolgreich bearbeiten und hinzugewinnen als jemals zuvor. Bemerkenswert ist dabei auch der Zuwachs an Projekten aus der Region, wodurch IZES nun ein etablierter regionaler Forschungsdienstleister geworden ist, der an seinem Standort verwurzelt und angenommen ist. Europäische und nationale Projekte gingen dabei aber keineswegs zurück, sondern konnten vielmehr auf hohem Niveau ausgebaut werden. Da die politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sehr gute Voraussetzungen für die Forschungsarbeit des Instituts bilden, scheint einem weiteren Ausbau in den kommenden Jahren nichts entgegen zu stehen. 8
Institutsbericht 2007
Leitung der IZES gGmbH
Auch 2007 führten Michael Brand und Frithjof Spreer, Koordinator für
Energiepolitik im Ministerium für Wirtschaft und Arbeit, die Geschäfte des
Instituts. Daneben wurden zwei Prokuristen aus dem Mitarbeiterkreis berufen:
Bodo Groß und Ulrich Bemmann aus den Arbeitfeldern Energiesystemtechnik
und Biomasse nahmen diese Funktionen wahr. Bodo Groß löste im Juli 2007
Klaus Kimmerle in der Leitung des Arbeitsfeldes Energiesystemtechnik ab.
Horst Altgeld ist weiterhin wissenschaftlicher Leiter und wird wie bisher durch
die stellvertretenden wissenschaftlichen Leiter, die gleichzeitig auch
Arbeitsfeldleiter sind, unterstützt: Dies sind Frank Baur und Uwe Leprich, beide
Professoren an der HTW. Hinzu kommt Danjana Theis als Leiterin des Test-
zentrums für Solartechnik.
3. Organisation
Die Arbeitsfelder
der IZES gGmbH
Die Gremien des IZES
Die IZES gGmbH hat acht Gesellschafter. Neben dem Saarland, mit fast 70%
Hauptgesellschafter, halten die Stadtwerke Saarbrücken AG, die VSE AG,
die Evonik New Energies
GmbH, früher STEAG Saar
Energie AG, die Pfalzwerke
AG, die Hochschule für
Technik und Wirtschaft des
Saarlandes und die
Universität des Saarlandes
weitere Anteile. Die saar-
ländische Landesregierung
Organisationsstruktur
f i n a n z i e r t d u rc h e i n e der IZES gGmbH
institutionelle Förderung als
Fehlbedarfsfinanzierung
einen wichtigen Anteil an den Einnahmen. Diese Zuwendungen werden
dringend benötigt, um bei Forschungsprojekten den notwendigen Eigenanteil
zu finanzieren und die Gemeinnützigkeit auf Dauer zu garantieren.
9Institutsbericht 2007
Der Aufsichtsrat der IZES gGmbH tagte zwei Mal. Mitglieder des Aufsichtsrats waren folgende
Personen:
• Rainer Grün, Aufsichtsratsvorsitzender und Staatssekretär im Umweltministerium
• Prof. Dr. Franz Heinrich, Stadtwerke Saarbrücken AG, stellv. Aufsichtsratsvorsitzender
• Dr. Christian Ege, Staatssekretär im Ministerium für Wirtschaft und Arbeit
• Rita Gindorf-Wagner, Ministerium für Finanzen
• Arnold Künzer, Ministerium für Finanzen
• Dr. Georg Müller, VSE AG
• Heinrich Becker, Ministerium für Umwelt
• Bernd Sander, Ministerium für Umwelt
• Günther Koch, Pfalzwerke AG
• Prof. Dr. Wolfgang Cornetz, HTW
• Prof. Dr. Rolf Hempelmann, Universität des Saarlandes
IZES wird auch weiterhin von einem wissenschaftlichen Beirat unterstützt. Im Jahr 2007 setzte
sich dieser wie folgt zusammen:
• Prof. Dr. Rolf Hempelmann (UdS, Universität des Saarlandes) – Vorsitzender
• Dr. Behrouz Ahmadi (Viessmann Werke GmbH)
• Dr. Harald Bradke (FhG ISI, Fraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung)
• Dr. Reinhard Jank (Volkswohnung GmbH)
• Dr. Ekkehard Laqua (BBT Thermotechnik GmbH)
• Dr. Joachim Nitsch, (DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.)
• Prof. Dr. Jürgen Schmid (ISET, Institut für Solare Energieversorgungstechnik)
Standort und Personalentwicklung
Das IZES verfügte 2007 über drei Standorte in Saarbrücken und Völklingen. Mit seinem
akkreditierten Testzentrum TZSB für Solartechnik und Systemkomponenten bleibt es weiterhin
auch örtlich mit der HTW eng verbunden. Das TZSB und die Laboratorien für Thermische
Energie- und Solartechnik, für Experimentalphysik sowie die Teststände auf verschiedenen
Gebäudedächern bieten hier auch für Studierende der HTW gute Voraussetzungen, praxisnahe
Forschung während ihres Studiums kennen zu lernen. Die Teststände für kleine Energiewandler
befinden sich in Völklingen. Dort ist das IZES Mieter im Innovationszentrum eines
Energieunternehmens. Die Büros und Verwaltung des IZES blieben im Gebäude A1 im IT Park
Saarland.
Insgesamt arbeiteten 2007 28 wissenschaftliche MitarbeiterInnen am IZES. Außerdem zwei
Sekretärinnen, eine Assistentin der Geschäftsführung und zwei Systemadministratoren.
Mittelentwicklung
Die Gesamteinnahmen des Instituts betrugen 2007 rund 2,3 Mio. Euro. Hierin war zum letzten
Mal die Sonderzuwen-
dung eines Energie-
versorgers enthalten. Eine
Basisfinanzierung wurde
weiterhin von der saar-
ländischen Landesregie-
rung bereit gestellt. Den
größten Teil der Einnah-
men bildeten wie schon
in den vergangenen
Jahren die Drittmittel in
Höhe von 1,6 Mio. Euro.
Mittelentwicklung
2000 – 2007
10Institutsbericht 2007
Testzentrum Saarbrücken TZSB
Das Testzentrum wurde ursprünglich etabliert, um solarthermische An-
lagen und deren Komponenten wie Solar-
kollektoren, Speicher und Regelungen zu
untersuchen. Mittlerweile stehen Prüfstände
4. Technische Infrastruktur
zur gleichzeitigen Leistungsuntersuchung an
bis zu acht Solarkollektoren, einem solaren
Kombispeicher und bis zu vier kompletten
thermischen Solaranlagen zur Verfügung.
Ebenso kann das komplette Spektrum an
Prüfstand für dynamische
Systemtests
Qualitätsuntersuchungen entsprechend
europäischer und internationaler Normen
bearbeitet werden. Auch ein Prüfstand für Nassläuferpumpen wurde
inzwischen eingerichtet.
Qualitätsmanagement
Der Prüfumfang im Rahmen der DAP-Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC
17025:2005 erstreckt sich auf die Prüfung thermischer Solaranlagen und ihrer
Einzelkomponenten entsprechend DIN EN 12975-1,2, DIN EN 12976-1,2 und
DIN V ENV 12977-1, 2, 3. Er wurde inzwischen auf internationale Normen (ISO
9806,1-3) und auf die australischen Normen AS/NZS 2535.1 1999, AS/NZS
2712:2002 Section 4 and 6, AS 2984 – 1987, AS 1580.408.4:2004, AS 1056.1:1991
erweitert. Bei Kollektor- und Systemprüfungen nach europäischen Normen
kann bei Erfüllung entsprechender Kriterien auch das europäische
Qualitätslabel „Solar Keymark” vom TZSB in Zusammenarbeit mit DIN CERTCO
vergeben werden.
Das Fotovoltaik-Labor
Es stehen Testeinrichtungen zur Verfügung, mit denen PV-Solarmodule,
Wechselrichter sowie ganze Solargeneratoren vermessen und qualifiziert
werden können. Solarmodule können einzeln und als Generator auf
Außenprüfständen getestet werden, indem IU-Kennlinien aufgenommen
und im Rechner analysiert werden. Mit
Hilfe eines PV-Generator-Simulators
können Wechselrichter bis zu 10 kW
Eingangsleistung in den unterschiedlich-
en Arbeitspunkten sowohl statisch als
auch dynamisch untersucht werden.
Damit lassen sich die Wirkungsgradkenn-
linien auch unter thermischen Stress-
situationen bestimmen. Die Temperatur-
bereiche zwischen Zimmertemperatur PV-Teststand auf dem Dach der HTW
bis zu der maximal zulässigen Arbeits-
t e m p e r a t u r d e r We c h s e l r i c h t e r w e r d e n d a b e i a b g e d e c k t .
Komplette PV-Systeme können unter Feldbedingungen auf den
Außenprüfständen getestet und beispielsweise parallel kontrolliert beregnet
werden, wobei alle Leistungsdaten auf der DC- wie auf der AC-Seite, sowie
die Modultemperaturen und die Wetterdaten er fasst und für die
kundengerechte wissenschaftliche Auswertung aufbereitet werden.
11Institutsbericht 2007
Das erweiterte Technikzentrum
Das Technikangebot des IZES umfasst auch Test- und Messstände für unterschiedliche
Energiewandler und Energieträger.
Hier können Energiewandler mit einer Leistung von bis zu 100$kW thermisch und 100$kW
elektrisch geprüft werden. Die Prüfungen werden in Anlehnung an DIN 4702 durchgeführt.
Die Prüflinge können derzeit mit Erdgas oder Grubengas betrieben werden. Generell besteht
allerdings auch die Möglichkeit, Prüflinge mit weiteren Energieträgern wie z.B. Biogas, Pellets
oder Biodiesel zu betreiben.
Die messtechnische Ausstattung des Prüfstandes erlaubt die Messung von Temperaturen
und Volumenströmen zur Bestimmung der abgegebenen thermischen Leistung, von
Gasvolumenstrom und Gasbrennwert zur Ermittlung der zugeführten Brennstoffleistung, von
Strom, Spannung und Phasenverschiebung zur Berechnung der abgegebenen elektrischen
Leistung, der Umgebungsbedingungen sowie der Abgaszusammensetzung. Dementsprechend
kann am Testzentrum eine komplette energetische und stoffliche Bilanzierung von KWK-
Anlagen durchgeführt werden. Die installierte Datenerfassung kann an die jeweiligen
Prüfbedingungen angepasst werden und übernimmt neben der Funktion der
Messwerterfassung und Messwertspeicherung auch Regelungsfunktionen. Dadurch kann
der Prüfstand sowohl zur Leistungsmessung als auch zur Messung spezieller Lastfälle
herangezogen werden. Mit Hilfe der Regelungsfunktionen können Volumenströme und
Temperaturniveaus eingestellt und eingeregelt werden. Dies ermöglicht eine Vielzahl von
Betriebszuständen auf dem zur Verfügung stehenden Prüfstand.
Messdatenübertragung und Fernwirken
In zahlreichen Feldversuchen und Projektanwendungen werden Messdaten von Anlagen
aus der Ferne erfasst und überwacht. Diese Anwendungen wurden am IZES bereits an 15
europäischen Standorten über einen Gesamtzeitraum von nunmehr sieben Jahren erprobt
und ständig weiter entwickelt. Das System ist grundsätzlich offen, da über verschiedene
standardisierte Schnittstellen Datenquellen einfach aufgeschaltet werden können und auch
die Möglichkeit besteht, spezifische Datenquellen durch Treiberentwicklung einzubinden.
Im Wesentlichen besteht das System aus den
folgenden Komponenten:
• Datenerfassung vor Ort inkl. Überwachung und
Fernwirken
Datenvorverarbeitung in Form von Filterung,
Grenzwertüberwachung, Berechnung von
Formeln, Skalierung über Polynomfunktionen,
etc. bis hin zur Fernwartung
• Fehlertolerante Übertragung der Daten und
Kommunikation mit Systemknoten über
verschiedene Kommunikationswege wie z.B.
ISDN, DSL, GSM/GPRS, UMTS und Protokolle
wie HTTP, FTP, Mail, Socket (plain), WebService…
• Zentrale Datenverarbeitung am Institut mit
Datenbanksystemen und eigener Verarbeitungs-
software
• Online-Visualisierung weltweit verfügbar, frei Visualisierung und Fernüberwachung
parametrierbar eines Scheitholz-Stirling-Kessels
• Reportgenerator mit Versandoption z.B. per Mail
• Systemüberwachung, Alarmierungsinfrastruktur (SMS, Email), Kommunikation über systemspezifische
Treiber bis zu kundenspezifischen Regelungen / Steuerungen (z.B. spezifischer Kesselregler), Abstraktion
verschiedener Datenquellen zu einem Gesamtsystem
12Institutsbericht 2007
5.1 Allgemeines
Struktur und Aufgaben der vier Arbeitsfelder am IZES haben im Jahr 2007
5. Forschung und Entwicklung
einen Wandel erfahren. Alle Forschungsaktivitäten sind zwar noch immer an
den Schwerpunkten Energiesystemtechnik, Biomasse/Stoffstrommanagement,
Energiewirtschaft/Zukunftsmärkte und Solar forschung/Testzentrum
ausgerichtet, jedoch arbeiten die Arbeitsfelder in verstärktem Maße
interdisziplinär zusammen. Daraus und aus den mittlerweile vorliegenden
Erfahrungen aus mehr als 100 Projekten ergeben sich Synergien, die zu neuen
Projektideen und verstärktem Wissenstransfer beitragen.
Das quantitative Wachstum des Instituts wurde durch Weggang und Ersatz
von MitarbeiterInnen etwas abgebremst, was sich auch leicht auf die
wirtschaftliche Entwicklung auswirkte. Insgesamt hat sich das IZES als eines
der angesehenen deutschen Institute im Bereich der Energieforschung
etabliert, was sich an Umfang und Bedeutung der bearbeiteten Projekte
deutlich ablesen lässt.
5.2 Das Arbeitsfeld Energiesystemtechnik (EST) und seine Projekte
Die MitarbeiterInnen des Arbeitsfeldes
(v. li.): Bodo Groß, Anna Dürnhofer,
Michael Mahler, Ralf Cavelius, Frank Linn,
Johannes Boettcher
Das Arbeitsfeld bietet angewandte,
praxisnahe Forschungsdienst-
leistungen für Unter nehmen,
Kommunen, Energiedienstleister,
Wohnungsbaugesellschaften und
viele andere Zielgruppen an. In
diesem Zusammenhang werden
Studien und Gutachten mit Fokus
auf der Umsetzungsbegleitung
erarbeitet. Hierbei deckt das Arbeitsfeld drei Hauptschwerpunkte ab:
- Innovative Gebäudesanierungs- und Energiekonzepte
- Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen
- Monitoring im Bereich kleiner Kraft-Wärme–(Kälte) Kopplung (KW(K)K)
Im Gebäudebereich wurden bereits mehrere energetische Sanierungs-
konzepte für Großwohnanlagen, Krankenhäuser und Schulen erarbeitet und
in der Umsetzungsphase begleitet. Derzeit wird eine Wohnanlage im
Modellvorhaben der dena (Deutsche Energie Agentur) zum „Niedrig-
energiehaus im Bestand” saniert und begleitet. Gemeinsam mit Partnern
aus Forschung, Industrie und Handwerk wurde ein Konzept einer außen
liegenden Wandheizung entwickelt, das derzeit im Labor getestet wird. Ein
weiterer Bereich des Arbeitsfeldes ist die Entwicklung zukunftsfähiger
Energiekonzepte für Unternehmen und Gewerbegebiete.
13Institutsbericht 2007 Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten des Arbeitsfeldes konzentrierten sich auf die Optimierung von Katalysatoren im Bereich der Niedertemperaturbrennstoffzellen sowie den erstmaligen Probetrieb einer Hochtemperaturbrennstoffzelle und dem entsprechenden Reformer mit Grubengas. Weiterhin wurde innerhalb dieses Schwerpunktes die Entwicklung eines Feinstaubfilters für Einzelraumfeuerungsanlagen wissenschaftlich begleitet. Gemeinsam mit einem saarländischen Stadtwerk konnte ein modulares Energie- versorgungskonzept für eine Gasdruckregel- und Messanlage umgesetzt werden. Die Bauphase, insbesondere die hydraulische Einbindung der eingesetzten Energiewandler, wurde durch Mitarbeiter der EST- Gruppe begleitet. Zum Einsatz kommen eine Brennstoffzelle in Kombination mit einem Stirlingmotor und einem herkömmlichen Brennwertkessel. Weiterhin wird eine Scheitholzkessel-Stirlingkombination an zwei Standorten, u. a. einem saarländischen Forsthaus, messtechnisch und wissenschaftlich begleitet und aufgrund der erhaltenen Monitoringdaten optimiert. Das Aggregate-, Geräte- und Anlagen-Testfeld am Standort Völklingen steht gleichfalls für Leistungstests in Anlehnung an DIN 4702 und für Langzeit- und/ oder Leistungstests kleiner BHKW bis etwa 100 kW Feuerungsleistung zur Verfügung (vgl. auch Kapitel 4. Technische Infrastruktur). An all diesen Projekten sind Partner aus der Region beteiligt (s. hierzu auch Kapitel 2. Entwicklung und Ziele). Bei drei europäischen Projekten ist IZES Koordinator. Zwei davon beschäftigen sich mit der Umsetzung, Weiterentwicklung und wissenschaftlichen Begleitung von KW(K)K-Anlagen. Das dritte Projekt verbreitet gute Beispiele zur Reduktion des sommerlichen Kühlbedarfs in Bürogebäuden (s. dazu auch Kapitel 6. Projekte in der Startphase). 5.2.1 Altbausanierung – „Niedrigenergie-Sanierung” von Wohnanlagen Kontakt: Michael Mahler, mahler@izes.de Eine saarländische Wohnungsbaugesellschaft wollt eine ihrer Wohnanlagen auch unter dem Aspekt der Energieeinsparung sanieren. Die Außenfassaden und oberen Gebäudedecken der drei Objekte aus den 70er Jahren wurden gedämmt, die Flachdächer erneuert. Darüber hinaus wurden alle Fenster gegen Systeme mit verbesserter Wärmeisolierung ausgetauscht und die alten Eingangstüren ersetzt. Die Kellerdecken und die Außenwände erhielten eine eigene Wärmedämmung. Das alles geschah in Kooperation mit IZES, das die Sanierungs- arbeiten mit wissenschaftlichem Sachverstand absicherte. Vom IZES stammten auch die vorbereitenden Analysen und Empfehlungen. Diese zeigten neben dem eigentlichen energetischen Sanierungskonzept, wo Schwachstellen wie etwa Wärmebrücken zu finden waren und wie diese beseitigt werden konnten. Dafür verlieh der saarländische Umweltminister Stefan Mörsdorf dem Wohnungs- bauunternehmen im September 2007 den ersten Energiepass für die Niedrigenergiesiedlung in Völklingen. Der Minister würdigte das Projekt als „Leuchtturmbeispiel für Energieeffizienz im Saarland”. Denn der Verbrauch an Heizenergie von vorher umgerechnet 12 l Heizöl pro m2 und Jahr konnte auf nun 6 l pro m2 und Jahr reduziert werden. Erste Messungen während der Wintermonate 2006/2007 bestätigten dies. Damit werden pro Gebäude und Jahr rund 120 t CO2 eingespart. 14
Institutsbericht 2007
Übergabe des Energiepasses durch
Umweltminister Stefan Mörsdorf (rechts)
an Reinhold Jäger, Sprecher der WOGE
Geschäftsführung, Quelle: WOGE
Eine andere Wohnungsbaugesellschaft im Saarland wollte noch mehr Energie und CO2
einsparen. Sie beauftragte daher das IZES mit der Prüfung der Möglichkeit, ein Wohnhaus
mit 32 Wohneinheiten zu einem Modellprojekt der dena-Kampagne „Niedrigenergiehaus im
Bestand” zu sanieren. Dabei müssen die Grenzwerte der Energieeinsparverordnung (EnEV)
um 50% unterschritten werden.
Um diese strengen Anforderungen zu erfüllen, sind Fenster mit 3-Scheiben-Verglasung mit
passivhaustauglichen Fensterrahmen erforderlich, um den geforderten spezifischen
Transmissions-Wärmebedarf einzuhalten. Nach dena muss außerdem eine kontrollierte
Belüftung umgesetzt werden. Im dena-Modellprojekt muss zusätzlich der spezifische
Endenergiebedarf um mindestens 40% unter dem für Neubauten zulässigen spezifischen
Primärenergiebedarf liegen. In diesem Fall sollen der Endenergiebedarf um mehr als 73% im
Vergleich zum Ausgangszustand sinken und die CO2-Emissionen um rund 71% reduziert
werden.
Diese Werte können mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung oder durch die
Kombination Abluftanlage und thermische Solaranlage erreicht werden. Die Siedlungs-
gesellschaft entschied sich für die letzte Variante. Derzeit sind die Sanierungsarbeiten im
Gang. Sie werden voraussichtlich Mitte 2008 abgeschlossen.
5.2.2 LEXU Low Exergy Utilisation
Kontakt: Michael Mahler, mahler@izes.de
Dieses vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt beschäftigt sich mit der Erforschung
außen liegender Wandheizsysteme. Diese sollen in der Lage sein, Niedertemperaturquellen
wie Abwärme, Geo- oder Solarthermie zu Heizzwecken zu nutzen. Solche Wärmequellen
bleiben derzeit bei der Gebäudebeheizung oder auch –kühlung meist ungenutzt. Auch
bietet eine außen liegende Wandbeheizung den Vorteil, dass die BewohnerInnen von zu
sanierenden Gebäuden durch die Installation eines neuen Heizsystems nicht beeinträchtigt
werden, was beim Einbau von Fußboden- oder Wandheizsystemen aber der Fall wäre.
LEXU will also die Entwicklung eines außen liegenden Wandheizsystems (aWH) zur thermischen
Bauteilaktivierung „von außen” voran bringen. Die aWH wird hierbei mittels Rohren oder
Kapillarrohrmatten im Rahmen der Bestandssanierung vor Anbringung eines Vollwärmeschutzes
auf den bestehenden Außenputz montiert.
Messungen und Berechnungen in Laborversuchen haben ergeben, dass ein Wärmestrom
von der Wandheizung in das Gebäudeinnere aber auch in umgekehrter Richtung als
Verluststrom an die Außenluft entsteht.
15Institutsbericht 2007
Der Anteil von nutzbarem und nicht nutzbarem Wärmestrom hängt hierbei von der thermischen
Qualität des Wandaufbaus und insbesondere von der Dicke der neu aufgebrachten
Wärmedämmung ab. Als geeignete Anwendungsfälle sind zunächst Wandaufbauten mit
U-Werten >1,0 W/m2K anzusehen. Diese weisen bei der stationären Betrachtung (Wand
vollständig geladen) die höchsten Leistungswerte zur Wärmeübertragung ins Rauminnere
auf.
Auch die gewählten Flächenheizsysteme sind von Bedeutung für die Wärmespeicherung.
Mit Hilfe einer Simulation konnte nachgewiesen werden, dass Kapillarrohrsysteme eher in der
Lage sind, die Wärme homogener in der Wand zu verteilen als diskrete Rohrsysteme.
Engmaschige Systeme können außerdem deutlich mehr Energie im Wandquerschnitt einlagern.
Am Beispiel eines Mehrfamilienhauses
einer bestimmten Typklasse wurden
auch theoretische Einsparpotenziale
für die aWH abgeschätzt. Es zeigt sich,
dass bei hoher Sanierungsqualität des
Gebäudes auch die Einsparpotenziale
der awH hoch sind. Im Falle einer Temperaturverteilung im Wandquerschnitt
ausschließlichen Außenwanddämmung (Kapillarrohrsystem(RA30mm) (oben)
liegen die Einsparpotenziale z.B. bei diskret (RA300mm) (rechts)
lediglich 6%. Sie steigen auf 17% bzw.
34% bei Ausführung einer kompletten
Hüllsanierung oder einer Hüllsanierung inklusive Einbau einer kontrollierten Lüftungsanlage
mit Wärmerückgewinnung. Um diese ersten Abschätzungen in der Praxis zu verifizieren, wird
noch ein Modellversuchsobjekt gesucht. Am besten geeignet wäre ein kleineres
Mehrfamilienhaus, dessen energetische Sanierung 2008 beginnen soll.
5.2.3 Feldtest Scheitholzkessel-Stirling-Kombination
Kontakt: Bodo Groß, gross@izes.de
Die IZES ist für das Monitoring und die Optimierung der Kombination
von zwei Scheitholzvergaserkesseln mit Stirlingmotor zuständig. Diese
stehen in einem Forsthaus im saarländischen Sulzbach und in einem
Bildungszentrum in Stockach. In dem Holzvergaserkessel kann Scheitholz
bis zu einer Länge von 50 cm verfeuert werden. Es handelt sich um
einen handbeschickten Kessel, welcher bereits seit längerem am Markt
verfügbar ist. Das neue an dieser Anlage ist die Kombination mit dem
Stirlingmotor. Aus der Verbindung der beiden Komponenten resultiert
eine innovative, mit Biomasse betriebene KWK-Anlage für Ein- und
Zweifamilienhäuser.
Holzkessel mit eingeschobenem Stirlingmotor
Für beide Standorte wurde ein Monitoringplan ausgearbeitet und diesbezüglich mit der
entsprechenden Messtechnik ausgestattet. Erste Betriebsergebnisse zeigten, dass der
Stirlingmotor längere Zeit im motorischen, also im Strom verbrauchenden Modus lief und
zudem bei bestimmten Erhitzerkopftemperaturen zwischen den Betriebszuständen an- und
austaktete. Nach der Optimierung konnten die Laufzeiten im motorischen Betriebsmodus
deutlich verringert werden, was dementsprechend auch den Stromverbrauch erheblich
senkte. Auch das Takten im Temperaturgrenzbereich der Zustände „Stirling an” und „Stirling
aus” wurde weitestgehend unterbunden.
16Institutsbericht 2007
Leistung, Temperatur und elektr. Arbeit d. Stirling
vor (links) und nach (rechts) Optimierung
Das Projekt wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe begleitet und mit
Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz unter
FKZ 220 176 05 gefördert.
5.2.4 Implementierung eines Brennstoffzellen-Heizgerätes zur dezentralen Strom- und
Wärmeversorgung einer Gasdruckregel- und Messanlage
Kontakt: Bodo Groß, gross@izes.de; Johannes Boettcher, boettcher@izes.de
Gesamtziel des Projekts ist die Implementierung und wissenschaftliche Begleitung eines
Brennstoffzellen-Heizgerätes (BZH) im Versorgungsgebiet eines Stadtwerks. Das BZH ist innerhalb
eines modernen und innovativen Gesamtkonzepts neben einem Stirlingmotor-BHKW und
einem konventionellen Gasbrennwertkessel in eine Gasdruckregel- und Messanlage (GDRMA)
zu deren Versorgung mit Strom und Wärme integriert. Weiterer Bestandteil des Gesamtkonzepts
ist der Einsatz einer zweiten Brennstoffzelle zur unterbrechungsfreien Stromversorgung der
Anlage.
Besonderes Augenmerk des im Projekt geplanten Monitorings liegt auf dem Langzeitverhalten
der thermischen und elektrischen Wirkungsgrade der beiden KWK-Aggregate.
Das IZES entwickelte für diese Kombinationsanlage ein völlig neues hydraulisches Konzept
und begleitete auch dessen bauliche Umsetzung.
Folgende Auflistung zeigt die Wärmeversorgungseinheiten mit den jeweiligen modulierenden
Leistungsbereichen:
thermische Leistung elektrische Leistung
Brennstoffzelle 1,5 - 3 kW 0,75 - 1,5 kW
Stirlingmotor-BHKW 8 - 26 kW 1 - 8 kW
Zusatzheizgerät 3,5 - 15 kW –
Brennwertkessel 32 -120 kW –
Die Installationsarbeiten für die hydraulische Kopplung der Heizaggregate wurden im Juni
2007 fertig gestellt. Die Integration der Geräte in die vorbereitete Installation und anschließende
Inbetriebnahme der Heizgeräte verlief ohne Zwischenfälle. Die Brennstoffzelle für die
Notstromversorgung wurde im Sommer 2007 in Betrieb genommen.
17Institutsbericht 2007
Das Brennstoffzellenheizgerät (BZH) wird seit Juli im Kombibetrieb mit den weiteren Geräten
zur Wärmeversorgung der Gasdruckregel- und Messanlage betrieben. Zur Erfassung der
erzeugten Wärmemengen wurden die entsprechenden Werte vor Inbetriebnahme der
übergeordneten MSR-Technik regelmäßig abgelesen und dokumentiert. Die elektronische
Aufzeichnung der Werte wird Anfang 2008 im Zuge der Inbetriebnahme der Gesamtanlage
inklusive MSR-Technik realisiert.
Die Brennstoffzelle lief von Juli bis einschließlich Dezember 2007
fast ausschließlich mit Volllast. Die Gesamtlaufzeit des BZH
betrug in diesem Zeitraum rund 3.700 h bei einer durch-
schnittlichen Verfügbarkeit von ca. 90 %. Dementsprechend
hat das BZH innerhalb des bisherigen Messzeitraumes rund
5.400 kWh elektrische Energie erzeugt. Während des bisherigen
Langzeittests wurde keine Degradation des elektrischen
Wirkungsgrades festgestellt.
Wärmeverteilung
5.2.5 Modulares Kombinationsverfahren zur Abscheidung von Aerosolen und Stäuben
aus kleinen Biomassefeuerungsanlagen
Kontakt: Bodo Groß, gross@izes.de
IZES entwickelt in Zusammenarbeit mit einem Ingenieurbüro einen kleinen Elektrofilter für den
Einsatz in Einzelraumfeuerungsanlagen. Das Filtersystem soll einerseits die zugelassenen
Höchstwerte für Feinstaub in der zur Novellierung anstehenden 1.BImSchV unterschreiten
und sich sowohl für eine nachträgliche Installation als auch für eine „Neuinstallation” eignen.
Ziel ist die Entwicklung eines Systems, das einen geringen Wartungsaufwand und einen
geringeren Energiebedarf garantiert.
Im bisherigen Projektverlauf ist es gelungen, einen funktionsfähigen Filter-Prototyp zu entwickeln,
der diesen Ansprüchen genügt. Wegen der im Referentenentwurf zur 1.BImSchV vorgesehenen
ausreichend langen Übergangszeiten für Bestandsanlagen bleibt genügend Zeit, den
Elektrofilter durch Feldtestversuche weiter zu verbessern und die Produktionskosten zu senken.
Aufgrund der bisherigen Erfahrungen erscheinen zukünftige Herstellungskosten von unter
500 € bis zum Markteintritt möglich. Als weitere Aufgabe von IZES steht noch eine Marktanalyse
für solche Filtersysteme aus.
Holzheizung ohne und mit
Abgasreinigung
Quelle: OTS GmbH
Das Projekt wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe begleitet und mit
Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz unter
FKZ 220 212 06 gefördert.
18Institutsbericht 2007
5.3 Das Arbeitsfeld Stoffstrommanagement / Biomasse und seine Projekte
Die MitarbeiterInnen des Arbeitsfeldes (v. l.i.):
Prof. Frank Baur, Nina Müller, Claudia Ziegler,
Mikael Springer, Ulrich Bemmann, Nicola Sacca,
Mike Speck
Das Arbeitsfeld baute seine Aktivitäten
im Jahr 2007 erheblich aus. Unter der
Leitung von Professor Frank Baur
arbeiteten sechs WissenschaftlerInnen
aus unterschiedlichen Fachrichtungen
an Aufträgen der Europäischen
Kommission und nationaler Institutionen.
Daneben positionierte sich die
Biomassegruppe vor allem als starker
Partner in der Region. Für unterschiedliche saarländische Auftraggeber wurden Studien zum
Einsatz von Biomasse in Vergärungsanlagen, in Heizzentralen, zur Biogasgewinnung bis hin
zu dessen Einspeisung ins Erdgasnetz verfasst. Das BMU-Projekt BioRegio zeigte z.B. für die
beteiligte Modell-Region Naturpark-Saar-Hunsrück die dort vorhandenen Ausbaupotenziale
für Biomasse in Form eines Handlungskorridors auf. Durch das Projekt RUBIN wurden gerade
im Saarland einige neue Anlagenkonzepte auf Biomassebasis initiiert und in der
Projektentwicklung begleitet.
In all diesen Projekten hatten der Aufbau und die Pflege von Akteurs-Netzwerken aus der
Land-und Forstwirtschaft,mit Anlagenbetreibern, aus Kommunalpolitik, KMU, EVU, u.a. einen
hohen Stellenwert. In zunehmendem Maße konnten auch Partner aus der Wirtschaft gewonnen
werden, die ger ne auf das Know how des Arbeitsfeldes zurückgreifen.
5.3.1 RUBIN – Regionale Strategie zur nachhaltigen Umsetzung der Biomasse-Nutzung
Kontakt: Mikael Springer, springer@izes.de
Im Rahmen des Projekts RUBIN wurden für den Betrachtungsraum der Saar-Lor-Lux-Region
u.a. das Biomasse-Potenzial
erhoben und exemplarisch für das
Saarland auf der Ebene eines
geografischen Informationssystems
(GIS) verwaltet. Auf dieser
Grundlage können z.B. Schwer-
punkträume für Biomasse Aktivi-
täten lokalisiert und visualisiert
werden.
Jährliches Graspotenzial im Saarland
19Institutsbericht 2007
Insgesamt kann dem Saarland in Abhängigkeit der anteiligen Nutzung von Agrarflächen ein
Biomasse-Potenzial von bis zu 9.300 TJ zugeordnet werden. Dies entspricht – nicht zuletzt
aufgrund der industriellen Prägung des Landes – unter Berücksichtigung der aktuellen
Verbrauchssituation einem Anteil von ca. 5,3 % des Endenergieverbrauchs. In den anderen
Betrachtungsräumen kann dieser Anteil aufgrund einer eher ländlichen Struktur auf bis zu
8,1 % ansteigen.
Als eine zentrale Aufgabenstellung wurden auf der Grundlage der ermittelten Daten wurden
im Jahr 2007 die Arbeiten zur Entwicklung einer interregionalen Biomassestrategie begonnen.
In diesem Zusammenhang wurden z.B. Anforderungskriterien an die Biomassenutzung formuliert
und mit den Partnern und Schlüsselakteuren in der Region abgestimmt. Zum Projektabschluss
im Jahr 2008 soll eine endgültige Strategie verabschiedet werden.
Innerhalb der Projektlaufzeit konnten auch einige Modell- und Pilotprojekte mit
grenzüberschreitendem Charakter initiiert und vorbereitet werden. Hier sind vor allem die
Konzeptionen für ein Holzenergie-Zentrum im Warndt, verschiedene Konzepte für Biogasan-
lagen u n d e i n P r o j e k t z u r E i n s p e i s u n g v o n B i o g a s i n s E r d g a s n e t z z u n e n n e n .
Im Oktober 2007 wurden die bis dahin bekannten Projektergebnisse einem großen
Fachpublikum auf einer Konferenz in Forbach im benachbarten Frankreich vorgestellt.
Weitergehende Informationen können der Projekt-Homepage www.rubin-biomass.eu
entnommen werden.
5.3.2 BioRegio „Strategien zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse
in ausgewählten Modellregionen”
Kontakt: Pof. Frank Baur, baur@izes.de
Im Rahmen des vom Bundesumweltministerium geförderten Forschungsvorhabens „BioRegio”
wurden gemeinsam mit Partnerinstituten1 Untersuchungen zu einer nachhaltigen energetischen
Nutzung von Biomasse in Modellregionen inittiiert und umgesetzt sowie deren regionaler
Mehrwert ermittelt. Dazu wurden die regionalen Biomassestoffströme und deren energetische
Nutzungsmöglichkeiten analysiert, in Szenarien überführt und die damit verbundenen Umwelt,
Beschäftigungs- und Kostenwirkungen ausgewertet.
Zur Projektdurchführung wurden sechs
Modellregionen ausgewählt, die sich in ihrer
Charakteristik, u.a. im Bereich der
geografischen, wirtschaftlichen und
demografischen Rahmenbedingungen
sowie hinsichtlich der realisierten
Bioenergienutzung stark unterschieden2.
Korridor für Biomassenutzung 2003-2020
zw. unterschiedlichen Referenzszenarien
1 Beteiligte Institute: Fraunhofer UMSICHT/Oberhausen, Institut für Energetik/Leipzig, Öko-Institut e.V./Darmstadt, IfaS/Birkenfeld
2 Naturpark Saar-Hunsrück, Region Südlicher Oberrhein, Emscher-Lippe-Region, Region K.E.R.N., Region Ostvorpommern-Greifswald, Region
Mittelsachsen.
20Institutsbericht 2007
Zur regionalen Akteurs- und Politikberatung wurden in „BioRegio” die unter Beteiligung des
IZES im Vorgängerprojekt3 zur Beratung auf Bundesebene entwickelten Instrumente wie z.B.
die GEMIS-Technologiedatenbank unter Berücksichtigung realer, regionaler Praxis-
anforderungen weiterentwickelt. Mit diesen modifizierten Instrumenten wurden in der Folge
wie in der nachfolgenden Abbildung exemplarisch dargestellt, z.B. Umwelteffekte der
Biomassenutzung in unterschiedlichen Szenarien hergeleitet.
Mögliche Emissions-
minderungen je Region
in Abhängigkeit vom
gewählten Szenario
Quelle: GEMIS/Öko-Institut
Die erzielten Erkenntnisse und modifizierten Instrumente stehen nunmehr interessierten
Regionen zur Verfügung.
Im Hinblick auf die Entwicklung nachhaltiger regionaler Biomassestrategien konnten in
„BioRegio” trotz der unterschiedlichen Ausgangssituationen in den Modellregionen
Schlüsselaktivitäten bzw. Umsetzungsstufen identifiziert werden, die in jeder Region im Rahmen
einer strategischen Entwicklung zu durchlaufen sind. Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung
eines 6-Stufen-Plans mit den Komponenten:
• Stufe 1: Aufbau und Erhaltung eines Akteursnetzwerkes
• Stufe 2: Regionale Identität
• Stufe 3: Aktuelle und zukünftige Biomassepotenziale
• Stufe 4: Auswahl geeigneter Nutzungstechnologien
• Stufe 5: Entwicklung regionaler Bioenergieszenarien
• Stufe 6: Erarbeitung regionaler Handlungsempfehlungen
Weitere Informationen können der Projekt-Homepage www.bioregio.info entnommen
werden.
5.3.3 Energieland St. Wendel: Bio-Nahwärme für Dörrenbach
Kontakt: Claudia Ziegler, ziegler@izes.de
Im Rahmen des aktuell laufenden Leader+ - Projekts „Machbarkeitsstudie zur Nutzung der
regionalen Bioenergie- und Biomassepotenziale im St. Wendeler Land” wurden die
Möglichkeiten zur Abwärmenutzung der Biogasanlage der Firma Terra Bio AG auf
dem Sonnenhof” zur Nahwärmeversorgung des Ortes Dörrenbach untersucht.
“
3 U. Fritsche, et.al. „Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse”, Darmstadt, Mai 2004
21Institutsbericht 2007
Die Voraussetzungen hierfür sind aufgrund der verfügbaren Energiepotenziale der Biogasanlage
optimal. Die Anlage hat heute eine elektrische Leistung von 700 kW. Die Wärme der
Biogasanlage „Sonnenhof” wird bislang ausschließlich zur Beheizung der betriebseigenen
Gebäude verwendet. Seit dem Ausbau der Anlage wird ein deutlicher Wärmeüberschuss
produziert. Eine freie Leistung von 500 kWth und eine freie Arbeit von ca. 4.000 MWh/a sind
verfügbar. Im Rahmen der Projektbearbeitung wird die Nutzung dieser Wärme zur Beheizung
der Gebäude des Ortes Dörrenbach vorbereitet. Durch den zusätzlichen Einbau von
Abgaswärmetauschern ist eine Wärmeauskopplung von bis zu 1.000 kW möglich.
Das IZES hat das notwendige Datengerüst erarbeitet und
Informationsveranstaltungen mit den BürgerInnen vor Ort
durchgeführt, die in der Folge die „Bürgerinitiative
Nahwärme Dörrenbach” gegründet haben. Nach
zahlreichen Bürgerversammlungen und der engagierten
Arbeit der Bürgerinitiative haben die DörrenbacherInnen
nun einen Verein (www.nahwaerme-doerrenbach.de) ge-
gründet, der sich mit Unterstützung des IZES um die
Ausschreibungs- und Planungsarbeiten für das Projekt
kümmern soll. IZES bleibt weiterhin beratend tätig und
unterstützt das Akteursnetzwerk im Hinblick auf die
Realisierung des ersten saarländischen „Bioenergiedorfs”.
Eine Luftaufnahme von Dörrenbach
mit dem Sonnenhof
5.4 Das Arbeitsfeld Energiewirtschaft / Zukunftsmärkte (EW/ZM) und seine Projekte
Das Arbeitsfeld konnte weitere Projekte vor allem
auf nationaler Ebene akquirieren und seine
Aktivitäten diversifizieren. Neben der Politikberatung
vor allem zum Ausbau der erneuerbaren Energien
wurde auch Input zur Klimaschutzkampagne der
Bundesregierung vorbereitet. In diesem Zusammen-
hang sind die Erarbeitung von zwei Broschüren zum
Ausbau kleiner KWK-Anlagen und zum Ersatz von
Nachtspeicherheizungen zu sehen, die im Frühjahr
2008 erscheinen werden.
Auch wurde die jährliche Fachtagung zu den
Perspektiven dezentraler Energiesysteme in Berlin im
Auftrag der Klimaschutzkampagne des Bundes-
ministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktor-
sicherheit (BMU) zum vierten Mal in Folge mit großer
Die Mitarbeiter des Arbeitsfeldes (v. li.): Resonanz durchgeführt und bereits eine weitere
Prof. Uwe Leprich, Günther Frey, Juri Horst,
Nicolai Zwosta Fachtagung vorbereitet. Diese findet im Rahmen
der Berliner Energietage 2008 statt.
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