Das Kompetenzzentrum Kraft-Wärme-Kopplung (KoKWK) bündelt seit 2012 die KWK-Forschung der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden (OTH Amberg-Weiden). Gemeinsam mit Partnerinstituten, Kommunen, Versorgern und Unternehmen entwickelt es die Kraft-Wärme-Kopplung weiter. Zwei Schwerpunkte in den nächsten Jahren werden das Thema Wasserstoff und die Digitalisierung in der Energietechnik sein. Das Forschungsspektrum ist jedoch viel weiter gefasst.

Das Zentrum auf dem Campus der Technischen Hochschule betrachtet die gesamte Anwendungsbreite der KWK von Privathaushalten über die Industrie bis hin zur Sektorkopplung über die Vernetzung der Gas-, Strom-, Wärme- und Kälteversorgung. Dazu wurde ein Forschungstechnikum am Amberger Campus errichtet. Es umfasst 260 Quadratmeter Laborfläche mit der entsprechenden Prüf- und Messtechnik. Dort können KWK-Systeme erprobt werden, wie sie etwa in Ein- und Mehrfamilienhäusern eingesetzt werden. Aber auch Aggregate bis 600 kW, die zur Versorgung von Stadtwerken, Kliniken oder in der Industrie dienen, lassen sich in Prüfkabinen testen.

Das Technikum auf dem Campus der Hochschule im bayerischen Amberg
Bild: Andreas Keck

Dabei sei die Stärke des Kompetenzzentrums von Beginn an „die Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen sowie Kommunen und Unternehmen“, sagt Laura Weber vom KoKWK, die selbst Absolventin des Studiengangs Umwelttechnologie an der OTH Amberg-Weiden ist. „Damit können wir Ergebnisse auch schnell in die Praxis überführen.“ Der starke Praxisbezug werde etwa durch Demonstrations- und Pilotvorhaben erreicht. Wichtige Partner sind neben Unternehmen aus der KWK-Branche und Versorgern auch Forschungseinrichtungen wie das Institut für Energietechnik (IfE), das Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth (ZET), die Westböhmische Universität in Pilsen (UWB) oder auch die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).

Kooperationen aus Industrie und Forschung

Ein gelungenes Projekt mit Beteiligung des Kompetenzzentrums, das bundesweit Beachtung gefunden hat, ist beispielsweise ein Energieverbundprojekt zur KWKK in der Lebensmittelindustrie. In der Großmetzgerei Ponnath im oberpfälzischen Kemnath wurde eine KWKK-Anlage installiert, die Strom, Dampf und Gefrierkälte zur Verfügung stellt. Das Energieverbundsystem besteht aus einem BHKW des Herstellers MTU, einem Abhitzekessel von Aprovis und einer Absorptionskälteanlage mit Ammoniakkreislauf vom Typ AGO congelo mit bis zu 550 kW Kälteleistung. „Diese Anlage wird gemeinsam mit den Komponentenherstellern und der Metzgerei auch als Forschungsanlage genutzt, daraus können wichtige Erkenntnisse für zukünftige Projekte gewonnen werden“, erklärt Weber.

Blick in eine der Versuchshallen des Kompetenzzentrums KWK: Zu sehen ist
das Forschungs-BHKW
Bild: OTH Amberg-Weiden

Auch Projekte von Energieeffizienznetzwerken, die das Amberger Institut für Energietechnik (IfE) betreut, werden wissenschaftlich vom KoKWK mit begleitet, das sind zum Beispiel Nahwärmenetze von Kommunen. „Dieser kurze Draht zu den Anwendern ist es auch, der es ermöglicht, schnell Ergebnisse dahin zu bringen wo sie gebraucht werden − und zwar in die Anwendung“, erklärt Weber vom KoKWK. Aber auch Unternehmen können an das Kompetenzzentrum herantreten, wenn sie beispielsweise messtechnische Untersuchungen − etwa von eigenen Aggregaten − umfassend testen möchten.

Darüber hinaus arbeitet das KoKWK über die eigene Landesgrenze hinaus. Innerhalb der letzten drei Jahre wurde das Ziel-ETZ-Projekt „Grenzüberschreitendes F&I Netzwerk für Energieeffizienz und Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung“ zusammen mit Partnern der UWB aus Tschechien bearbeitet. Ziel dabei war die grenzüberschreitende Vernetzung der Forschungsaktivitäten und die Einbeziehung von KMU-Partnern aus der Region Bayern-Böhmen.

Sehr erfolgreich ist das KoKWK auch mit Projekten zur Abwärmenutzung. Das Team um Prof. Andreas P. Weiß entwickelte in Zusammenarbeit mit der „DEPRAG SCHULZ GmbH u. Co.“ aus Amberg und dem Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth eine Mikroexpansionsturbine. Damit kann die Abwärme aus Abgas oder Kühlwasser eines BHKW direkt in einer ORC-Anlage weiterverstromt oder zu Heiz- oder Kühlzwecken genutzt werden. Darauf aufbauend wird nun im Projekt „TurboSmart“ eine neuartige Turbine mit variabler Geometrie und eigener Regelung entwickelt, wodurch die Energieausbeute unter idealen Bedingungen um bis zu 20 % gesteigert werden könnte. Die motorische Abwärmenutzung wird auch in der KoKWK-Arbeitsgruppe „Kleine Motoren“ verfolgt. Entwickelt werden soll ein innovativer Schraubenmotor, der mit einem organischen Arbeitsmedium (ORC) bisher nicht verwendete Abwärme in Industrieprozessen nutzen kann.

Ein weiteres wichtiges Thema der Energiewirtschaft ist bei den Ambergern ebenfalls sehr präsent: Wasserstoff. „Bereits seit einigen Jahren werden mit Partnern aus Industrie und Forschung verbrennungsmotorische BHKW-Konzepte für die Rückverstromung von Elektrolysewasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen entwickelt“, erklärt Laura Weber. Auch am derzeit wohl bekanntesten Wasserstoff-BHKW, das bei den Stadtwerken Haßfurt errichtet wurde, sind die Amberger Forscher mit beteiligt. „Das nahezu baugleiche BHKW des Herstellers 2G steht mittlerweile auch bei uns als Forschungs-BHKW auf dem Campus und wird dort für weitere Forschungen genutzt.“ Neben motortechnischen Fragestellungen betrachte man systemtechnische Aspekte in Bezug auf die Einbindung von Wasserstoff-BHKW in elektrische und thermische Netze und in die Gasinfrastruktur.

Ebenfalls in Kooperation mit den Stadtwerken Haßfurt, der Hochschule Karlsruhe und mehreren Industriepartnern wurde das Forschungsprojekt „HydroGen“ ins Leben gerufen zur Entwicklung eines mit variablen Wasserstoff-Erdgas-Mischungen betreibbaren Mini-BHKW. Dazu stattete man am Campus in Amberg einen Motorprüfstand mit Wasserstoffversorgung aus, die für weitere Forschungen zur Verfügung steht.

Neben dem Thema Wasserstoff werde der Fokus in den nächsten Jahren vermehrt auf der Digitalisierung liegen. „Dafür soll unter anderem ein neuer Studiengang an der OTH Amberg starten, der sich mit künstlicher Intelligenz in der Energietechnik beschäftigt“, so Weber.

Außerdem beginnt ab dem Wintersemester 2020 der mit Blick auf aktuelle Themenstellungen und Zukunftsfragen weiterentwickelte Studiengang Energietechnik, Energieeffizienz und Klimaschutz, in dem KWK und Sektorkopplung eine wichtige Rolle spielen. Mit ihrer praxisnahen Ausrichtung haben sich die Wissenschaftler in den vergangenen Jahren bayernweit zu einer zentralen Anlaufstelle für die KWK-Forschung entwickelt.

Übergeordnetes Forschungsziel der nächsten Jahre werden die Erweiterung des Einsatzspektrums und die Flexibilisierung der Kraft-Wärme-Kopplung in allen Bereichen sein − von der Verbreiterung der nutzbaren Brennstoffbasis durch Sonderbrennstoffe über Wärmenutzungen (Dampf, Abwärmeverstromung etc.) oder Kälteerzeugung bis hin zur Erbringung von Systemdienstleistungen im Netz und bis zur digitalen Vernetzung in kommunalen und industriellen Energieversorgungssystemen.

Das Kompetenzzentrum auf einen Blick:
Das Kompetenzzentrum für Kraft-Wärme-Kopplung bündelt seit 2012 die Forschungsaktivitäten der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden im Bereich der KWK-Technologien. Es ist der Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik angegliedert, wird durch den Freistaat Bayern gefördert und finanziert sich außerdem über Drittmittel. Am Kompetenzzentrum arbeiten derzeit 13 wissenschaftliche Mitarbeiter und fünf Professoren. Wissenschaftlicher Leiter ist Prof. Markus Brautsch, Geschäftsführer Raphael Lechner.
Das Kompetenzzentrum KWK hat fünf Forschungsbereiche:
− Emissionsminderung bei KWK-Systemen
− Steigerung der Energieeffizienz von KWK-Prozessen
− Biogene und neue Brennstoffe für KWK-Systeme
− KWK-Systemtechnik und
− Innovative Verfahren der KWK.

Eine wichtige Zielgruppe des Kompetenzzentrums KWK sind kleine und mittelständische Unternehmen der KWK-Branche sowie Anwender von KWK-Technologien, wie zum Beispiel Industrieunternehmen, Kommunen und Energieversorger. Weitere Informationen finden Interessierte unter kwk.oth-aw.de