Projektmotivation und Innovationspotentiale

Projektmotivation und Innovationspotentiale

Um sehr niedrige Primärenergiebedarfe zu erreichen rückt die CO2-optimierte Energiebereitstellung durch die Nutzung der in der Umgebung auftretenden Energieströme immer stärker in den Fokus. Gebäude und deren Energiemanagement werden heute überwiegend solitär betrachtet. Plusenergiehäuser werden meist einzeln konzipiert, liefern in der Jahresbilanz zwar einen Energieüberschuss, greifen dabei jedoch auf die öffentlichen Netze als Puffer zurück und können dadurch zu ihrer Überlastung beitragen. Um den Anteil an erneuerbar erzeugten Energien im Netz zu erhöhen, sind Maßnahmen zur Flexibilisierung des Verbrauches notwendig. Ein effizientes Energieversorgungskonzept basiert auf der Vernetzung von innovativen Technologien zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Strom und Wärme im Quartier kann die Belastbarkeit des Systems auf einem fluktuierenden Energieangebot erhöhen.

Durch eine kumulierte Betrachtung der Erzeugung und Verbräuche von Energie entstehen Aggregationseffekte, welche mit unterschiedlichen Speichertechnologien zu einer hocheffiziente dezentrale Versorgung mitwirken können. Bild: TU Darmstadt, ISM+D
Durch eine kumulierte Betrachtung der Erzeugung und Verbräuche von Energie entstehen Aggregationseffekte, welche mit unterschiedlichen Speichertechnologien zu einer hocheffiziente dezentrale Versorgung mitwirken können. Bild: TU Darmstadt, ISM+D

Die Sanierungsquote liegt derzeit unter 1,0 % pro Jahr, deutlich hinter den energiepolitisch angestrebten Quoten von 2,5 % – 3,0 % zurück, was meist auf die kostenintensiven Begleitmaßnahmen und komplexen Randbedingungen zurückzuführen ist. 1974 wurde mit der Primärenergiebilanzierung der Grundstein für die Wärmeschutzverordnung und deren weiterer Verlauf hin zur Energieeinsparverordnung (EnEV) gelegt, wodurch die Grenzen der energetischen Gebäudequalität Schritt für Schritt konkreter und strenger wurden. Diese genaueren Grenzen der energetischen Verbräuche öffneten den Markt für eine große Variation von Wandaufbauten, Gebäudekonzepten und Materialien, um Anforderungen zu erreichen. Andererseits sind die Nachweise für die geltenden gesetzlichen Anforderungen an das energiesparende Bauen sehr zeitaufwändig. Traditionelle Sanierungsverfahren, welche meistens aus der Anbringung von Dämmmaterialien bestehen, weisen wesentliche Hemmnisse auf: problematische Entsorgung, ästhetische Einschränkung, Unvereinbarkeit mit Denkmalpflege, Brandgefahr, und daraus resultierende notwendige bauliche Nacharbeitungsbedarfe (z.B. bei Dachsuberständen).

Durch die Betrachtung effizienter Energieversorgungskonzepte auf Siedlungsebene, ermöglicht durch innovative Technologien zur Erzeugung, Wandlung und Vernetzung von Strom und Wärme, können Gebäude auf unterschiedlichen Sanierungsniveaus sehr niedrige Primärenergiebedarfe erreichen. Effiziente Energietechnologien für die Energieversorgung im Gebäudebereich sind verfügbar, es besteht jedoch kein integralen Konzept, welche diese Systeme in einem praxistauglichen Anwendungsfall verknüpft. Häufig sind es Teilaspekte, die in einzelnen Projekten betrachtet werden. Im Bereich sektorenübergreifender Konzepte, welche wie im vorliegenden Fall einen ganzheitlichen Ansatz hinsichtlich der Kombination von dezentraler Anlagentechnik, der Entwicklung und Anwendung von zeitlich hoch aufgelösten Simulationsmodellen für Energiequellen und –senken und der Entwicklung und Integration einer zentralen, intelligenten Steuerung verfolgen, besteht hoher Bedarf.

Durch die Erzeugung erneuerbarer Energie, hybride Speichersysteme und über intelligentes Energiemanagement verbessern energiepositiven Bausteine die Energiebilanz bestehenden Siedlungen signifikant nach. Bild: TU Darmstadt, ISM+D
Durch die Erzeugung erneuerbarer Energie, hybride Speichersysteme und über intelligentes Energiemanagement verbessern energiepositiven Bausteine die Energiebilanz bestehenden Siedlungen signifikant nach. Bild: TU Darmstadt, ISM+D

Dadurch, dass das Quartier ganzheitlich betrachtet wird, entstehen Aggregationseffekte der Verbräuche von Strom und Wärme, die einen geglätteten Gesamtverbrauch zur Folge haben. Der stochastische Anteil des Verbrauches kann dadurch reduziert werden. Dies erleichtert eine dezentrale Versorgung. Durch unterschiedliche Ausrichtung der Dachflächen und Module wird eine Vergleichsmäßigung der Solarerzeugung erreicht. Alle Bewohner profitieren von der kontinuierlicheren Erzeugung, während unterschiedliche Verbrauchspatterns einen höheren Anteil an direktem Verbrauch ermöglichen.

Zur überwiegend lokalen Nutzung von Wärme und Strom kommen thermische und elektrische Speichersysteme zum Einsatz. Die dadurch entstehenden zusätzlichen Freiheitsgrade zur Steuerung des Energiesystems ermöglichen einen effizienten Betrieb. Außerdem können durch den flexiblen Betrieb der Siedlungskomponenten Systemdienstleistungen für die Versorgungsnetze erbracht werden, wodurch neue Erlösmöglichkeiten erzeugt werden. Die dezentrale Lösung des Versorgungsproblems reduziert Transportverluste und den Bedarf an Ausgleichsmechanismen auf höheren Netzebenen.

Durch die Bündelung von Technologien auf Siedlungsebene (z.B. BHKW, Speicher) entstehen Vorteile im Bereich Investitions- und Betriebskosten, Wirkungsgradverbesserungen können z.B. durch ein zentrales BHKW mit konstanter Auslastung und ein verlustarmes Wärmenetz im Quartier erzielt werden. Die Anzahl an beteiligten Disziplinen und Akteure stellt Herausforderungen dar, die gleichzeitigen großen Chancen für Innovation anbieten, z.B. durch innovativen Betriebs- und Geschäftskonzepte und den Aufbau Neugeschäfte. Die damit einhergehende energetische Transformation eines bestehenden Quartiers dient als Forschungsgegenstand und Vorbild für eine nachhaltige, CO2 optimierte Stadtentwicklung.

Komponententypologie im SWIVT-Konzept. Bild: SWIVT
Komponententypologie im SWIVT-Konzept. Bild: SWIVT