Zum Inhalt springen

(Fast) autarke Energieversorgung - ein Selbstversuch

Fachbericht | Wörter: 1309 | Aufrufe: 6379 | Druckbare Version

Im Haus von Dr.-Ing. Joachim G. Wünning steht eines dieser autarken Energieversorgungssysteme, nach denen energiebewusste Hausbesitzer schon seit Jahren Ausschau halten. Hier in dem grün-blauen Altbau mitten in Leonberger Ortsteil Silberberg hat der Geschäftsführer und Eigner der WS Wärmeprozesstechnik GmbH eine stromgeführte Mikro-KWK-Anlage eingebaut, die rund drei Viertel des gesamten Energiebedarfs mit Hilfe von Erdgas sicherstellt. Anders als bei anderen vergleichbaren Systemen wird hier allerdings kein Strom ins öffentliche Netz eingespeist, es wird keine Vergütung über EEG oder KWK-Gesetz kassiert. Stattdessen arbeiten Brennstoffzelle und Gasreformer weitestgehend autark und ermöglichen trotz der Neuanschaffung eines Elektroautos eine Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs der ganzen Familie.

Das kleine Einfamilienhaus der Familie Wünning liegt umgeben von hohen Bäumen beschaulich direkt am Leonberger S-Bahnhof. Trotz seiner auffälligen Farbe wirkt es wie ein ganz normales schwäbisches Häusle aus dem Jahr 1910, abgesehen davon, dass ausgerechnet hier, unweit der Daimler-Hochburg Stuttgart, ein nagelneues Elektroauto eines bayerischen Mitbewerbers vor der Garage steht.

Bei einem Besuch wird jedoch schnell klar, dass es hier noch weit mehr Besonderheiten als nur diesen weißen BMW i3 gibt. Und zwar verfügen die Wünnings in ihrem Heizungskeller über eine Installation, die einmalig sein dürfte in ganz Deutschland. Zwar ist ähnlich wie in vielen Nachbarhäusern auch eine Gastherme vorzufinden, aber daneben reihen sich an der Kellerwand einige Aggregate aneinander, die bisher nirgendwo anders zu finden sein dürften.

Neuste Technik im alten Keller

Gleich neben dem konventionellen Warmwasserspeicher steht ein zweiter, sehr viel größerer thermischer Schichtenspeicher in der Kellerecke. Dieser fasst 500 Liter und wird gespeist von der Mikro-KWK-Anlage, die gleich rechts daneben steht: einem Brennstoffzellensystem aus Wünnings zweiter Firma, der WS Reformer GmbH. Dieses 1 kWel leistende Heizgerät ist an die örtliche Gasversorgung angeschlossen und verfügt über einen von genau den FLOX®-Gasreformern, auf die die WS Reformer seit der Firmengründung 2003 spezialisiert ist. Dieser Reformer macht aus Erdgas Wasserstoff, der dann intern in die Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle geleitet wird, damit dort Strom und Wärme erzeugt werden können.

Abb. 2: Das OpenE-System wird vor Ort und auch von der Firma aus per Computer überwacht.

Den auf diese Weise vergleichsweise effizient erzeugten Strom speichert der Hausbesitzer in den acht Akkumulatoren, die an der rechten Kellerwand über- und nebeneinander installiert sind. Diese Bleiakkus dienen als Zwischenspeicher, damit der Großteil des Eigenstrombedarfs über das eigene Versorgungssystem abgedeckt werden kann: Wird in der Küche der Geschirrspüler angeschaltet, dann kommt der dafür benötigte Strom also nicht aus dem öffentlichen Netz, sondern aus dem eigenen Keller, wo er über die Brennstoffzelle erzeugt wurde. „Ich mache aus Erdgas ein Drittel Strom und zwei Drittel Wärme“, rechnet der Maschinenbau-Ingenieur vor.

Strom aus der Brennstoffzelle

Angesichts dieser Installation stellt sich natürlich die Frage, warum die schwäbische Familie einen solch großen Aufwand betreibt und ein eigenes Energieversorgungssystem eingebaut hat. Die Antwort ist ganz einfach: Wünning will testen, ob sein Erdgasreformer und sein Brennstoffzellensystem auch tatsächlich das halten, was er sich davon verspricht.

Der technische Geschäftsführer, der die Firmenführung der WS Wärmeprozesstechnik GmbH vor einigen Jahren von seinem Vater übernommen hat, installierte die gesamte Anlage 2013 in seinem Keller, weil er die Einzelkomponenten für technisch ausgereift hielt und einen realistischen Test unter Alltagsbedingungen machen wollte. Bereut hat er diese Entscheidung bis heute nicht: Das System läuft zuverlässig und erfüllt seinen Zweck. Es sichert zu 75 Prozent die Gesamtenergieversorgung des Einfamilienhauses. Die restliche Energie kommt aus dem Stromnetz.

Joachim G. Wünning ist dementsprechend zufrieden mit seiner Installation und erklärt: „Die Brennstoffzelle läuft nur, wenn Bedarf besteht.“ Dadurch muss sie nicht dauerhaft im Stand-by-Betrieb agieren, was nur unnötig die Zahl der Betriebsstunden ansteigen lassen würde. Nur wenn der Ladezustand der Bleiakkus unter ein vorgegebenes Maß sinkt, springt die Brennstoffzelle an, um den Speicher wieder aufzuladen (bislang 4.216 Betriebsstunden). „Im Haus merkt man davon überhaupt nichts“, freut sich der Chef des Familienunternehmens und erläutert: „Die Akkus verfügen über 16 Kilowattstunden elektrisch, wovon 8 kWh nutzbar sind.“

Abb. 3: Akku-Rack mit den drei darüber befindlichen Wechselrichtern

Zusätzlich speist auch noch eine auf dem Nebengebäude installierte Photovoltaikanlage (2 kWpeak) Strom in die Akkus ein. Diese PV-Module könnten zwar grundsätzlich im Sommer die Brennstoffzelle ersetzen, allerdings sind sie nicht für den Betrieb optimiert und bringen aufgrund der teilweisen Verschattung durch die großen Bäume gerade mal vier Kilowattstunden am Tag.

Die von der WS-Flox-micropower erzeugte Wärme (1,6 kWtherm) wird in den thermischen Speicher geleitet, der wiederum die Fußbodenheizung speist. Allerdings „läuft die Brennstoffzelle nicht, wenn der thermische Speicher voll ist“. Für den Ausnahmefall, dass Strom benötigt wird, aber kein Wärmebedarf besteht (z. B. im Sommer), hat Wünning den Heizkörper eines benachbarten Kellerraums an die Brennstoffzelle angeschlossen. Somit fungiert dieser quasi als Notfall-Wärmetauscher.

Energieeinsparung – keine völlige Autarkie

Die gesamte Installation hat dazu geführt, dass sich der Strombezug aus dem Netz (ehemals 5.000 kWh) innerhalb der vergangenen Monate mehr als halbiert hat, obwohl der BMW i3 im Januar 2014 hinzugekommen ist. „Der Strom für das Elektroauto kommt rein aus der Brennstoffzelle“, berichtet Wünning, der den Kleinwagen bewusst als Erstwagen nutzt – beispielsweise für die täglichen Fahrten in die nahegelegene Firma. Seinen etwas größer dimensionierten Zweitwagen benötigt er indessen kaum noch.

Auf die Frage, warum er denn nicht komplett autark lebt, sondern „nur“ 75 bis 80 Prozent des Stroms selbst erzeugt, antwortete der Ingenieur: „Die letzten Prozentpunkte wären mühsam. Dafür müsste alles noch größer dimensioniert werden: die Brennstoffzelle, die Wechselrichter, der thermische Speicher. Mein Ziel war aber die Energieeinsparung, nicht völlige Autarkie.“ Dieses Ziel hat er auf jeden Fall erreicht – und das zu akzeptablen Kosten von schätzungsweise 80.000 Euro für das Gesamtsystem inklusive Auto.

Vergleichsweise teuer bei der gesamten Anlage waren die drei einzelnen einphasigen Wechselrichter. „Leider gibt es bislang keine kostengünstige Lösung eines einzelnen dreiphasigen Wechselrichters am Markt zu kaufen“, begründet dies Wünning. Relativ günstig waren demgegenüber die Akkus. Weil bei stationären Anlagen das Gewicht keine Rolle spielt, kamen ganz bewusst Bleiakkus zum Einsatz, zumal „die nur einen Bruchteil des Preises modernerer Akkus kosten“. Der Brennstoffzellen-Stack kommt von Ballard. Die Technik drum herum haben die Ingenieure selber zusammengebaut.

OpenE

Dr. Joachim G. Wünning hat ein eigenes Energiekonzept für seine Installation erschaffen, das er OpenE nennt. OpenE steht für ein dezentrales und effizientes Energiesystem, das offen ist für andere Technologien und Komponenten jeder Art. Im Mittelpunkt stehen dabei eine weitestgehend autarke Stromerzeugung im eigenen Haus ohne Einspeisung ins Stromnetz sowie eine nachhaltige Verknüpfu
ng verschiedener Energietechniken unter Einbeziehung der Elektromobilität.

Kleinserie mit zehn Systemen

Ein ähnliches 10-kW-System hat Wünning mittlerweile auch in seiner Firma in Renningen installiert. Diese mit einem Gasreformer WS Flox FPM C10 ausgestattete Anlage versorgt jetzt eine der insgesamt fünf Betriebshallen mit Strom. Die dafür benötigten Teststände, an denen die Einzelkomponenten zuvor erprobt werden konnten, baute sich das Team von Dr. Hans-Peter Schmid, dem operativen Geschäftsführer von WS Reformer, selber. Weil dies günstiger sei und die Komponenten zudem besser an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden konnten, erklärt Schmid.


Als nächstes Ziel hat sich der Firmeninhaber gesetzt, „so etwas an den Kunden zu bringen“. Dafür hat die sieben Mitarbeiter beschäftigende WS Reformer GmbH eine Kleinserie von zehn Systemen fertig produziert. Hans-Peter Schmid berichtet: „Wir haben uns einfach einen internen Auftrag gegeben.“ Diese Module sollen jetzt an den Mann gebracht werden. Das erste dieser zehn 1-kW-Systeme wird derzeit final getestet, damit es in Kürze bei einem Mitarbeiter im Neubau installiert werden kann.

Außerdem arbeitet das schwäbische Unternehmen unter anderem mit der inhouse engineering GmbH zusammen, die gemeinsam mit der Riesaer Brennstoffzellentechnik GmbH an der inhouse5000+ arbeitet und einige dieser 5-kW-Heizgeräte derzeit im europäischen ene.field-Programm erprobt. Die Reformer für diese Aggregate kommen aus Renningen.

Die rund 100 Mitarbeiter beschäftigende WS Wärmeprozesstechnik GmbH verdient ihr Geld mit Gasbrennern unter anderem für Stahlöfen. Diese Gasbrenner basieren auf dem FLOX®-Verbrennungsverfahren, das der mittlerweile 83-jährige Firmengründer Dr. Joachim A. Wünning erfunden hat und für das er und sein Sohn 2011 mit dem Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet wurden.

Autor: Sven Geitmann (hzwei.info)

Diesen Artikel empfehlen:




Vorheriger Bericht zum Thema Erneuerbare Energien
Die 25 größten Energieirrtümer Die 25 größten Energieirrtümer
Nächster Bericht zum Thema Erneuerbare Energien