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Simulation Supported Real Time Energy Management in Building Blocks

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Energieeffizientere Gebäude durch die maximale Nutzung von erneuerbarer Energie

Die EU braucht mehr erneuerbare Energiequellen. Da Wind und Sonne jedoch unberechenbar sind, muss das Stromversorgungssystem insgesamt flexibler werden. Die Stärkung der Verbraucherinnen und Verbraucher kann dabei entscheidend zur Flexibilität des Stromnetzes beitragen.

Energie

Der Energieverbrauch von Gebäuden ist nie konstant. Die nationalen Stromnetze müssen ihr Angebot und die schwankende Nachfrage daher ständig unterbrechungsfrei im Ausgleich halten. Gelingt dieses Lastmanagement nicht reibungslos, können höhere Kosten, Energieverschwendung oder Stromausfälle die Folge sein. Die zunehmende Nutzung von erneuerbaren Energiequellen erschwert den Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage zusätzlich. Die Speicherung von elektrischer Energie ist kompliziert und erneuerbare Quellen können keinen konstanten, vorhersagbaren Energieertrag liefern, wenn zum Beispiel die Sonne nicht scheint oder gerade kein Wind herrscht. Die Nachfrage muss daher angepasst werden, da das Angebot sich nicht ohne Weiteres steuern lässt. Dieser Vorgang wird als Laststeuerung bezeichnet. Dabei wird die Stromnutzung von Zeiten mit geringer Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen auf kapazitätsstärkere Zeiten verlagert. Die Laststeuerung bietet ein enormes Potenzial, um Stromnetze flexibler zu machen.

Optimale Ausschöpfung von erneuerbarer Energie

Das EU-finanzierte Projekt Sim4Blocks hat die Laststeuerung bei mehreren Häusergruppen getestet. Die Erforschung an ganzen Häusergruppen anstatt an einzelnen Wohnstätten ermöglichte es dem Team, die Laststeuerung in einer größeren Anzahl von Szenarien zu testen. Diese reichten von Umgebungen einzelner Bewohnerinnen und Bewohner bis zu Übertragungsnetzbetreibern, welche die Stabilität der Energiesysteme gewährleisten. „Schwerpunkt war die Entwicklung innovativer Lösungen zur Laststeuerung für Privathaushalte und gewerbliche Kunden“, erklärt Projektkoordinator Wolfram Mollenkopf. „Das Projekt kombinierte zur Laststeuerung mehrere Technologien für das dezentrale Lastmanagement auf Gebäudeblock-Ebene.“ Das Sim4Blocks-Team testete die Laststeuerungssysteme und -dienstleistungen an drei Pilotstandorten in Deutschland, der Schweiz und Spanien. Dabei handelte es sich um besonders energieeffiziente Gebäude mit unterschiedlichen Versorgungssystemen und unterschiedlichen regulatorischen Bedingungen. Die natürlich auftretenden Schwankungen von erneuerbaren Energiequellen wurden entsprechend berücksichtigt, um den Stromverbrauch an das Versorgungsangebot anpassen zu können. Die Pilotstandorte in Deutschland und in der Schweiz wiesen darüber hinaus eine weitere Besonderheit auf: ein Nahwärmenetz, das den Gebäudeverbund mit dezentralen Wärmepumpen verband. Ziel war es hier, den Betrieb der Wärmepumpen zu optimieren, um flexible Stromtarife, die Teilnahme an Leistungsmärkten und den Eigenverbrauch von Photovoltaik-Strom zu ermöglichen. Am spanischen Standort ermittelte das Team mithilfe von selbstlernenden Algorithmen den optimalen Strombezug für die Bewohnerinnen und Bewohner eines großen Wohngebäudekomplexes.

Innovatives Lastmanagement

Um die Wärmepumpen flexibilisiert betreiben zu können, entwickelten und testeten die Projektpartner Software-Prototypen und Optimierungsalgorithmen sowie die entsprechenden Schnittstellen für eine intuitive Benutzungsinteraktion. Am Standort in Deutschland stellten sie eine App zur Verfügung, um den Eigenverbrauch in den Gemeinden zu steigern. In Spanien wurde eine weitere App entwickelt, die den Bewohnerinnen und Bewohnern Einsparmöglichkeiten aufzeigte und sie zugleich dazu anregte, ihren Strombezug zu steuern. Die Ergebnisse zeigten, dass Wärmepumpen ein enormes Flexibilitätspotenzial bieten, es jedoch bisher an einheitlichen Schnittstellen fehlte. Zudem wurde gezeigt, dass es möglich ist, Cluster von Wärmepumpen über einen Aggregator zu verwalten, um eine negative Regelleistung zu erbringen. Ein Aggregator ist ein Unternehmen, das für eine reibungslose Kooperation zwischen einem Netzbetreiber und Kleinkundinnen/-kunden sorgt. Grundsätzlich zeigte sich eine vielversprechende Akzeptanz der Bewohnerinnen und Bewohner für die neue Technologie. Doch um eine stärkere Beteiligung zu erzielen, sind umfassendere Initiativen nötig. „Eine breit angelegte Implementierung des Lastmanagements ermöglicht eine bessere Einbindung von mehr erneuerbaren Energiequellen in den Strom-Mix und zugleich einen geringeren Investitionsbedarf für die Netzinfrastruktur“, so Mollenkopf abschließend. „Durch die stärkere Sensibilisierung für und Einbeziehung bei der Energienutzung in Häusergruppen können Einsparungen beim Strompreis und niedrigere Netznutzungsentgelte erzielt werden.“

Schlüsselbegriffe

Sim4Blocks, Energie, Elektrizität, Strom, Gebäude, Laststeuerung, erneuerbare Energie, Stromnetz, Lastmanagement

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