Krankenhäuser als hybride Energiespeicher nutzen
Ob Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Kältemaschinen: In vielen Krankenhäusern stehen große Anlagen, die für die Einbindung erneuerbarer Energien fö:rderlich sind (Fraunhofer Umsicht).
Ob Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder Kältemaschinen – in vielen deutschen Krankenhäusern stehen Anlagen, die aufgrund ihrer Größe hervorragend geeignet sind, die Einbindung erneuerbarer Energien zu fördern sowie kurzfristige Strompreisschwankungen zu nutzen. Wie hoch das Potenzial der Lastverschiebung
konkret ist, haben das Fraunhofer UMSICHT, die Stadtwerke Bochum GmbH und das
Evangelische Krankenhaus Hattingen im Projekt »Hybrider Energiespeicher
Krankenhaus (HESKH)« untersucht. Eines ihrer Ergebnisse: Wenn alle KWK-Anlagen,
die aktuell in Krankenhäusern eingebaut sind, flexibel betrieben werden sowie
die Fahrweise nach den Marktpreisen für Strom optimiert wird, liegt – grob
geschätzt – ein Lastverschiebepotenzial von etwa 300 MW für positive und 200 MW
für negative Flexibilität vor.
Krankenhäuser als hybride Energiespeicher nutzen
© Fraunhofer UMSICHT
Schema des im Projekt »Hybrider Energiespeicher Krankenhaus (HESKH)«
entwickelten Optimierungsmodells.
Der Startschuss für das Projekt fiel im Oktober 2018. »Wir sind mit der
Zielsetzung angetreten, zu ermitteln, welches Potenzial für Lastverschiebungen
in Krankenhäusern vorliegt und welche wirtschaftlichen Vorteile sich daraus für
die Krankenhäuser ergeben«, erklärt Dr. Anne Hagemeier vom Fraunhofer UMSICHT.
»Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Prognose des Wärmebedarfs, der eine
wichtige Rolle bei der vorausschauenden Optimierung des Anlageneinsatzes
spielt.«
Energieverbräuche im Krankenhaus verstehen und Einsparpotenziale aufdecken
In einem umfangreichen Monitoring wurden über einen Zeitraum von mehr als einem
Jahr die Wärme- und Kältemengen im Evangelischen Krankenhaus Hattingen gemessen
und durch Kurzzeitmessungen einzelner Stromverbraucher und Abteilungen ergänzt.
Die Ergebnisse flossen in verschiedene, im Projekt erstellte Modelle ein und
erlaubten es, die Zusammensetzung der Energieverbräuche zu verstehen und
Einsparpotenziale aufzudecken. Gleichzeitig konnten durch eine Simulation von
Energieverbrauch und -versorgung Möglichkeiten zum Energiesparen und zur
Kostenreduktion aufgezeigt werden.
»Es zeigte sich, dass – wenn die Nennlast des Blockheizkraftwerkes (BHKW) des
Krankenhauses die Grundlast übersteigt und thermische Speicher vorhanden sind –
Flexibilität bereitgestellt und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können.
Auch, wenn ein konstanter Strompreis verwendet wird«, so
UMSICHT-Wissenschaftler Sebastian Berg. »Gehen wir von einem dynamischen
Stromtarif aus, der sich an dem Börsenstrompreis orientiert, können die
Stromkosten zusätzlich um bis zu 15 Prozent reduziert werden. Die
Stromerzeugung mit dem BHKW erfolgt dann vorzugsweise zu Zeiten, in denen die
Strompreise hoch sind.«
Den vorausschauenden Betrieb mit Hilfe von Prognosemodellen in der Praxis
umsetzen
Um den vorausschauenden Betrieb in der Praxis umzusetzen, ist die Prognose von
Rahmenbedingungen notwendig. Dazu gehören die Energiebedarfe (Strom, Wärme
etc.), die Preisen für deren Ein- und Verkauf sowie nicht-steuerbare
Eigenerzeugungen (Photovoltaik, Solarthermie). »Um eine hohe
Prognosegenauigkeit zu erzielen, haben wir u.a. auf Basis künstlicher
neuronaler Netze unterschiedliche Prognosemodelle erstellt und anschließend
simulativ getestet«, beschreibt UMSICHT-Wissenschaftler Malte Stienecker das
Vorgehen. »Dabei konnten wir feststellen, dass die Prognoseabweichungen zwar
zum Teil durch den thermischen Speicher des Krankenhauses ausgeglichen werden
konnten, jedoch regelmäßig Anpassungen am ursprünglichen Anlagenfahrplan, der
mit den prognostizierten Daten erstellt wurde, notwendig waren, um auch den
tatsächlich auftretenden Wärmebedarf zu decken.«
Welche Mehrkosten dadurch im Betrieb anstehen, hängt sowohl von der Größe der
Abweichung als auch von ihrem Zeitpunkt ab. So waren vor allem in den
Wintermonaten vermehrte Fahrplananpassungen notwendig. Zu dieser Zeit laufen
allerdings – aufgrund des höheren Wärmebedarfs – die Spitzenlastkessel, die
kurzfristig und ohne Beeinträchtigung der Stromseite ihre Wärmeerzeugung
anpassen können. Anders in den Sommermonaten: Dann nutzt das Krankenhaus
ausschließlich das BHKW zur Wärmeversorgung, so dass sich Fahrplananpassungen
stärker auswirken, weil z.B. mehr Strom eingekauft werden muss.
Lastverschiebungspotenziale der Krankenhäuser in Deutschland
Die Projektergebnisse sind übrigens sowohl auf andere Krankenhäuser als auch
auf Gebäudetypen mit ähnlichen Anlagen bzw. ähnlicher Energieerzeugung
übertragbar – beispielweise Hotels, Schwimmbäder oder Gewerbebetriebe.
Sebastian Berg: »Wir haben eine Analyse der Krankenhauslandschaft in
Deutschland durchgeführt und dabei die ermittelten Lastverschiebepotenziale für
das Krankenhaus in Hattingen hochgerechnet. Ergebnis: Wenn alle KWK-Anlagen,
die aktuell in Krankenhäusern eingebaut sind, flexibel betrieben werden, liegt
ein Lastverschiebepotenzial von etwa 300 MW für positive und 200 MW für
negative Flexibilität vor – wenn die Fahrweise der Anlagen nach den
Marktpreisen für Strom optimiert wird.« Sprich: Durch eine verbesserte
Steuerung können Krankenhäuser zur Energiewende beitragen und gleichzeitig
Kosten sparen.
Quelle: Fraunhofer Umsicht, 14.07.2022
