Dieses Laborgebäude des Fraunhofer ISE mit Kaltwasserspeicher dient als Demonstrator für einen netzdienlichen Betrieb.
Fraunhofer ISE
"Die in Deutschland vorherrschenden Formen der Nutzung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie sind durch die starken Schwankungen ihres Auftretens beziehungsweise Volatilität gekennzeichnet. In Kombination sind Wind- und Solarenergie zwar zum Teil komplementär (hohe Sonneneinstrahlung im Sommer, höhere Windgeschwindigkeiten im Winter), aber eine akzeptable Verfügbarkeit kann nicht erreicht werden." Dies ist die Problematik, wie sie im Fachartikel "Integration Erneuerbarer Energien: Herausforderungen und Maßnahmen im Erzeugungssektor und Lastmanagement" der Springer-Fachzeitschrift "uwf UmweltWirtschaftsForum" beschrieben wird.
Das Problem ist die Speicherung
Auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP und dem E.ON Energy Research Center der RWTH Aachen errechnet, dass es 2014/2015 bereits 83 Gigawatt an installierter Leistung von Wind und Photovoltaik gab. Dies entspreche etwa der Spitzenlast im deutschen Netz. Doch an der zu Beginn beschriebenen Problematik ändert das nichts: Zu bestimmten Zeiten ist Strom aus regenerativen Quellen im Überfluss vorhanden, zu anderen Zeiten müssen fossile Spitzenlastkraftwerke emissionsbelasteten Strom erzeugen. Die Ursache liege in der schwierigen Speicherung von Strom, so die Wissenschaftler.
Gebäude und Lastenmanagement
Um Flexibilität zu erreichen, stehen laut den drei Forschungseinrichtungen ein bedarfsorientierter Betrieb konventioneller Kraftwerke und KWK-Anlagen, ein Lastmanagement von abschaltbaren Lasten in Haushalt, Gewerbe und Industrie, der Einsatz von Kurzzeitspeichern und – mittel- bis langfristig – der Einsatz von Anlagen zur Herstellung synthetischer chemischer Energieträger, gemeint sind zum Beispiel Power-to-Gas oder Power-to-Liquid, bei großen Stromüberschüssen zur Verfügung.
Um die Netzdienlichkeit von Gebäuden zu steigern – ein ganzes Gebäude verhält sich konform zu den Zielen des Lastmanagements, arbeiten die Wissenschaftler an drei Ansätzen. Dr.-Ing. Doreen Kalz, Leiterin der Gruppe Gebäudeanalyse und Energiekonzepte im ISE, erklärt: "Man kann erstens zwischen unterschiedlichen Wärme- und Kälteerzeugern umschalten, zum Beispiel zwischen einer elektrischen Wärmepumpe und einer Gasbrennwerttherme. Der zweite Ansatz nutzt technische Speicher wie eine elektrische Batterie oder einen thermischen Wärmespeicher. So kann eine elektrische Wärmepumpe in Zeiten eines Stromüberangebots Wärme in einen Pufferspeicher laden. Als Drittes kann die thermische Masse des Gebäudes selbst die Wärme- oder Kältespeicherung übernehmen, indem massive Bauteile durch Thermoaktive Bauteilsysteme thermisch aktiviert werden."
Auch Europa ist gefragt
Zur Vergleichbarkeit der Netzdienlichkeit entwickelten die Wissenschaftler zwei Kennzahlen: einen absoluten und einen relativen Grid-Support-Coefficent (GSCabs und GSCrel). GSCabs gewichtet den Strombezug mit einer netzbasierten Referenzgröße wie einem Strompreissignal. GSCrel übersetzt diesen Wert auf eine Skala von minus 100 (ungünstigster Wert) bis plus 100 (günstigster Wert) und beschreibt, welches Optimierungspotenzial noch besteht. Eine Auswertung von 52 Bestandsanlagen habe so gezeigt, dass sich der Großteil der heutigen Anlagen „netzadvers“ bis hin zu „netzneutral“ verhält. Und bei zwei näher untersuchten Blockheizkraftwerken hätte die Netzdienlichkeit auf +70 gesteigert werden können – unter anderem durch eine neue Regelung, die den Strompreis an der Strombörse EEX berücksichtigt.
Die Wissenschaftler ziehen daher das Fazit: Zur Erzielung eines netzdienlichen Verhaltens muss zunächst das individuelle Ziel definiert werden, zum Beispiel hohe Erlöse beim Stromverkauf, Bereitstellung von Regelenergie, Entlastung der Verteilnetze oder ein hoher Anteil erneuerbarer Energien bei der Bedarfsdeckung. Netzdienlichkeit mache außerdem nicht am Gebäude halt. Auch Quartiere, Stadtteile und Regionen könnten entsprechend gestaltet werden. Und am Ende sei Netzdienlichkeit auch eine europäische Frage.