Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 11/2021 - 04/2022 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) |
| Kooperationspartner: | Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) |
| Webseite: | Zur Projekthomepage |
| Projektfokus: |       |
Modellierung sektorintegrierter Energieversorgung im Quartier
Netto-Strom- und Netto-Wärmebedarfe (ohne Wärmenetzverluste) der vier Quartiere im Vergleich zur maximalen Solarstromerzeugung im Quartier bei vollständiger Nutzung der PV-Potenziale (Vollton: Netto-Strombedarf, schraffiert: Netto-Wärmebedarf, gepunktet: maximale PV-Stromerzeugung).
Vergleich der spezifischen Energiekosten für alle Quartiere und Versorgungsvarianten, aufgeteilt nach Kostenarten in relativer Darstellung.
Im Forschungsprojekts »Modellierung sektorintegrierter Energieversorgung im Quartier« und der zugehörigen Studie wird untersucht, welche Vorteile sich durch die integrierte Optimierung von Energiesystemen auf Quartiersebene anstatt auf der Ebene von Einzelgebäuden ergeben. Eine quartiersbezogene Wärmeversorgung rückt zwar zunehmend in den Fokus, Stromsysteme mit lokaler Erzeugung zur Eigenversorgung werden jedoch aufgrund der regulatorischen Bedingungen bislang nur auf Gebäudeebene optimiert. Um die Vorteile der Quartiersoptimierung zu quantifizieren, wurden Modellrechnungen durchgeführt, bei denen der Austausch von Strom und Wärme lokal ohne zusätzliche Kosten möglich ist. Außerdem wurde verglichen, wie sich das resultierende quartiersoptimierte Energiesystem von jenem Energiesystem unterscheidet, bei dem jedes Gebäude einzeln optimiert wird und das Quartiersenergiesystem durch die Addition der Einzelsysteme entsteht.
Um den Effekt der wesentlichen Einflussfaktoren auf die Quartiersenergiesysteme zu berücksichtigen und gleichzeitig die Zahl der Berechnungsvarianten überschaubar zu halten, wurden vier Quartierstypen definiert, die sich bezüglich der Kriterien urban/ländlich, Neubau/Sanierung und Wohn-/Mischgebiet unterscheiden. Somit ergeben sich zwölf Varianten, die mit dem Energiesystemmodell KomMod sektorgekoppelt modelliert wurden und für die jeweils die kostenoptimale Gesamtlösung berechnet wurde.
Als Ergebnis konnte gezeigt werden, dass die quartiersoptimierte Versorgung deutliche ökonomische Vorteile gegenüber der Einzelgebäudeversorgung aufweist, wenn eine ausreichende Wärmebedarfsdichte vorhanden ist.
Künftiges Geschäftsmodell der Stromversorgung im Quartier bei Einführung von lokalen Energiegemeinschaften.
Die Ursachen hierfür liegen in einem erhöhten Selbstversorgungsgrad mit kostengünstigen, lokal erzeugten erneuerbaren Energien bei der Quartiersversorgung sowie dem Zugang zu zusätzlichen Versorgungsoptionen durch den Einsatz eines Wärmenetzes. Bei Vorhandensein eines Wärmenetzes kann zum Beispiel ein BHKW oder eine Großwärmepumpe eingesetzt werden. Ist eine zentrale Wärmeversorgung nicht realisierbar, ist es immer noch lohnenswert den Stromaustausch zwischen den Gebäuden zu ermöglichen. Das gilt besonders für Mischgebiete mit Wohn- und gewerblich genutzten Gebäuden, also bei sich unterscheidenden Nutzungsprofilen von Strom. Dadurch kann der Stromaustausch mit umliegenden Gebieten reduziert und das Verteilnetz entlastet werden.
Um die folglich vorteilhaften Quartierslösungen zu stärken, ist insbesondere die Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens notwendig, da nur so die ökonomischen Vorteile vor Ort tatsächlich genutzt werden können. Dies kann in Form der Erweiterung der Regelungen zu Kundenanlagen nach Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) auf Quartiere oder durch entsprechende Gestaltung des gesetzlichen Rahmens bei Einführung von Erneuerbare-Energien-Gemeinschaften nach der EU-Richtlinie RED II (Europäische Union 2018) erfolgen.
Planung der Energiesysteme im Vergleich
- Traditionelle Energiesystemplanung (links)
- Optimierung der Wärmeversorgung auf Gebäudeebene (rot gepunktet)
- Stromversorgung auf regionaler/nationaler Ebene (blau gepunktet)
- Künftige Energiesystemplanung (rechts): sektorengekoppelte Optimierung der Strom- und Wärmeversorgung auf lokaler/kommunaler Ebene (z. B. von Quartieren), vereinfachte Darstellung