Netzreaktive Gebäude - Gebäudebetrieb

Eine große Herausforderung der Energiewende ist der Wandel von einer derzeitig zentralen hin zu einer – zumindest anteilig – dezentralen elektrischen Energieversorgung mit erneuerbaren Energien. Die zunehmend schwankende Einspeisung aus erneuerbaren Energien in das Stromnetz führt zu einer wachsenden Stromnetzbelastung, die ein effizientes Lastmanagement von Stromangebot und -nachfrage erfordert. Vor diesem Hintergrund bewerten wir, wie sich Gebäude als steuerbare Energieverbraucher und thermische Speicher in einem zukünftigen intelligenten Stromnetz verhalten und wie sie zur Netzstabilität beitragen können.

Eine Reduktion des Energieverbrauchs in Gebäuden wird wesentlich durch bauliche Maßnahmen und effiziente Anlagen erreicht. Mit einem stetig wachsenden Anteil an erneuerbaren Energien im Stromnetz muss das Gebäude der Zukunft zusätzlich aber auch an die Bedürfnisse einer regenerativ dominierten Stromerzeugung angepasst werden. Damit steht das Energiesystem als Ganzes einschließlich aller Erzeugungseinheiten im Fokus. Wir entwickeln und testen angepasste Regelungs- und Betriebsführungskonzepte, die ein erhöhtes lokales Lastmanagement ermöglichen, indem der Betrieb von elektrischen Wärmepumpen und Kältemaschinen netzdienlich gestaltet wird. Für die Bewertung der Interaktion von Gebäuden und Stromnetz haben wir unterschiedliche stromnetzbezogene Größen im Hinblick auf ihre zeitliche Struktur, Schwankungsbreiten sowie tages- und jahreszeitlichen Besonderheiten untersucht. Dabei wird deutlich, dass der Betrieb von elektrischen Wärmepumpen im Heizfall nach dem EEX-Preis und der Residuallast im Versorgungsnetz optimiert werden kann. Im Kühlfall lässt sich durch einen optimierten Betrieb von Kältemaschinen zu Zeiten mit hohen Anteilen regenerativen Stroms im Versorgungsnetz insbesondere der Primärenergiebezug reduzieren.

Darüber hinaus bewerten wir, wie die Lastverschiebung durch technische (Wasser-)Speicher im Gebäude und die thermische Masse der Gebäudestruktur realisiert werden kann. In aktuellen Arbeiten konnten wir nachweisen, dass heutige Bestandssysteme in Nichtwohngebäuden deutlich zu klein dimensioniert sind, um in der Heizperiode eine ausreichende Verschiebung der Betriebszeit zu ermöglichen. Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich mit der optimalen Dimensionierung von technischen Speichern und deren Integration in Gebäude sowie der effizienten Aktivierung der thermischen Gebäudemasse zur Lastverschiebung.