Year: 2022
Type: book-chapter
Abstract: BLfU 4 1 Einleitung Aufgabenstellung Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien betrug im Jahr 2015 in der Bundesrepublik Deutschland etwa 194 TWh, dies sind ca.30 % der erzeugten Gesamtstrommenge.Hiervon wurden 39 TWh mit Photovoltaikanlagen (PV) und 86 TWh mit Windkraftanlagen [1] erzeugt, die nicht regelbar sind und daher zur Sicherung der Netzstabilität zeitweise vom Netz genommen werden müssen Aufgrund des schnell wachsenden Zubaus besonders von Windkraftanlagen, wird diese Erzeugungsmenge auch in Zukunft weiter steigen.Da die Solar-und Windstromproduktion nicht bedarfsabhängig erfolgen kann, gilt es zukünftig den Stromverbrauch zu flexibilisieren, um das Angebot fluktuierender Stromerzeugung sinnvoll zu nutzen.Damit ist ein Paradigmenwechsel von der "verbrauchsabhängigen" Erzeugung hin zu einer "angebotsorientierten" Nutzung von Energie verbunden.Mit der Umstellung unseres Energiesystems in der Energiewende geht nicht nur ein erhöhter Anteil regenerativer und fluktuierender Stromerzeugung einher, sondern es sind auch eine erhöhte Effizienz bzw.ein erhöhter Anteil regenerativer Energie im Sektor Wärme unbedingt zur Erreichung der gesteckten politischen Ziele notwendig.Derzeit entfällt etwa ein Drittel des gesamten Endenergieverbrauchs auf den Gebäudesektor, damit sind Gebäude einer der größten und wichtigsten Verbrauchssektoren.Darüber hinaus bietet der gesamte Gebäudebestand durch seine thermische Speichermasse ein immenses und noch weitgehend ungenutztes Energiespeicherpotenzial.Würde man die Raumtemperatur des Gebäudebestandes in Deutschland kurzzeitig im 1 Kelvin erhöhen, könnte man die Energiemenge von etwa 1 TWh durch die Wärmespeicherfähigkeit der Bausubstanz zwischenspeichern [2].Der Gebäudesektor kann auf Grund dieser Eigenschaften einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilisierung und zum Ausgleich von Stromspitzen leisten.Weiterhin ist davon auszugehen, dass zukünftig mehr Strom zu Heizzwecken, vorzugsweise aus den nicht regelbaren Überschüssen, verwendet werden wird.Zu beobachten ist derzeit, dass der regenerative Energieanteil im Wärmesektor wesentlich langsamer steigt, als dies im Stromsektor der Fall ist, obwohl der Endenergieverbrauch für Raumwärme, Warmwasser und Kälte im Gebäudebereich fast doppelt so hoch ist wie der Stromverbrauch.Ein erhöhter fluktuierender Anteil der Stromerzeugung bedeutet somit, dass elektrische und kosteneffiziente thermische Speicher eine entscheidende Rolle im künftigen Energiesystem spielen.Wobei gerade eine flexible Ansteuerung stromgeführter anlagentechnischer Aggregate im Wärme-/Kältesektor sich anbietet, steigende Anteile aus fluktuierender Wind-und Solarenergie des Stromsektors sinnvoll zu nutzen.Dabei können Gebäude und deren Anlagentechnik kostengünstig in zu beachtenden Grenzen als thermischer Speicher genutzt werden, ohne Einschränkung des Nutzerkomforts.In dem Projekt Windheizung 2.0 -Energiespeicherung und Stromnetzregelung mit hocheffizienten Gebäuden -wird das Potential zur Deckung des Wärmebedarfs von Gebäuden durch kurzfristig hohe Stromerzeugungsspitzen (z.B.Über-Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht EER 019/2016/952 Windheizung 2.0; BLfU 5 schüsse bei Winterstürmen) aus der künftigen Windenergieerzeugung untersucht.Die Beheizung dieser Gebäude soll zukünftig nicht mehr ausschließlich bedarfsabhängig, sondern überwiegend angebotsorientiert erfolgen, um eine hohe Netzdienlichkeit sicherzustellen.Die zu erarbeitenden Lösungsansätze orientieren sich hierbei an den vier Zielgrößen Versorgungssicherheit/Systemverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit, Nutzerkomfort und Umweltverträglichkeit.Die Ergebnisse der Studie geben Hinweise, welche Gebäude (Dämmstandard, Anlagentechnik, Speichersysteme) geeignet sind, kurzzeitig hohe Stromspitzen aus Starkwindereignissen mit einem Heizsystem aufzunehmen und als Wärmemenge solange im Gebäude zu speichern, dass bis zu mehrwöchige Abstände zwischen den Windspitzen überbrückt werden können.Hierbei ist zu beachten, dass die Speicherfähigkeit möglichst so groß gewählt wird, dass auf einen Strombezug während künftiger Stromengpasszeiten während der Heizperiode weitgehend vollständig verzichtet werden kann.Die erarbeiteten Ergebnisse beziehen sich auf energetisch hochwertige Neubauten und auch auf energetisch hochwertig sanierte Bestandsgebäude (Wohn-und Bürogebäude).Der Wärme-und Stromverbrauch dieser hocheffizienten, elektrisch beheizten Gebäude muß einerseits aus Anforderungsgründen und andererseits aus Kosten-und Akzeptanzgründen (Diskussion um Energieverschwendung etc.) möglichst gering sein.Zur Beantwortung der eingangs erläuterten Fragestellungen werden umfangreiche Simulationsrechnungen durchgeführt, in denen unterschiedliche Gebäude-/Anlagenkombinationen und thermische Speicherkonzepte auf ihre Nutzbarkeit in Hinblick auf Strom aus Windspitzen untersucht werden.Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse werden unterschiedliche Gebäudetypen (Nutzungsszenarien, verfügbare Speichermassen) und Baukonstruktionen (Baustoffe, Dämmniveaus der Außenbauteile, aktivierte Innenbauteile) betrachtet.Darüber hinaus werden Systeme zur schnellen Beladung (elektrische Direktheizung, Wärmepumpen) mit unterschiedlichen Speichersystemen (Innenbauteile mit Bauteilaktivierung, Flächenheizungen, Warmwasserspeicher) kombiniert und unterschiedliche Entladungsszenarien (passive Entladung, unterschiedliche Flächenheizungen, Radiatoren, etc.) bewertet.Gebäudebauteile als thermische Speicher zu verwenden bedeutet, dass diese über das im gewöhnlichen Gebäudebetrieb übliche Maß hinaus beladen, bzw.erwärmt werden.Dies hat auch einen Einfluss auf das Raumklima -es wird bei Beladung der Bauteile im Gebäude wärmer.Somit ist die maximal mögliche Beladung durch die Komfortanforderung, speziell die maximal erlaubte Raumtemperatur beschränkt.Der Zusammenhang zwischen der speicherbaren Energie und deren Auswirkung auf das Raumklima wird durch Bewertung des Nutzerkomforts berücksichtigt.Als Grundlage zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Szenarien dienen neben den Investitionskosten unterschiedliche Szenarien für die Betriebskosten.Es gilt durch eine Parametervariation die betriebswirtschaftlich attraktivste Gebäude-/Anlagenkombination für den geplanten Anwendungsfall zu bestimmen.
Source: Fraunhofer IRB Verlag eBooks
Language: German
Subfield: Energy Engineering and Power Technology
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4226018174