Optimierung des Einsatzes brennstoffzellenbasierter Mikro-KWK-Anlagen unter Berücksichtigung des gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen (PDF)

Brennstoffzellenbasierte Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (Mikro-KWK-Anlagen) stellen zur dezentralen Versorgung von Einzelhaushalten mit Strom und Wärme eine vielversprechende Technologie dar. Allerdings besteht mit der heute noch mangelhaften Wirtschaftlichkeit, insbesondere von Systemen kleinster Leistung, ein entscheidendes Hemmnis für deren Markterfolg. Entsprechend stellt sich die Frage, wie einerseits vorhandene Flexibilitätspotentiale im Betrieb der Anlage und andererseits in der lokalen Nachfragestruktur genutzt werden können, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Als nachfrageseitiges Flexibilitätspotenzial bietet sich hierbei zukünftig ggf. auch das gesteuerte heimische Laden von Elektrofahrzeugen (EV) an.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das Modellsystem P-OPT zur integrierten Optimierung des Einsatzes einer brennstoffzellenbasierten Mikro-KWK-Anlage und des EV-Ladevorgangs entwickelt und angewendet. Neben einem exakt lösbaren gemischt-ganzzahligen linearen Programm kommt zur Optimierung auch eine problemspezifisch entwickelte Greedy-Heuristik zum Einsatz. Dabei werden nachfrageseitige Unsicherheiten mit Hilfe unterschiedlicher Methoden zur haushaltsindividuellen Lastprognose adressiert.

Auf Basis von P-OPT wird eine umfangreiche Fallstudie für vier Haushalte unterschiedlicher Größe in je zwei Wärmebedarfsvarianten durchgeführt. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass mit dem Modellsystem die Möglichkeit geschaffen wird, den üblicherweise wärmegeführten Betrieb brennstoffzellenbasierter Mikro-KWK-Anlagen ökonomisch zu optimieren, wobei in der Fallstudie durchschnittlich 10 bis maximal 18 % jährliche Einsparungen erreicht werden.