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Themeninfos  – Energieforschung kompakt

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Das Sonnenschiff ist das Dienstleistungszentrum der Solarsiedlung in Freiburg – und der erste Gewerbebau in Plusenergiebauweise.
© Rolf Disch SolarArchitektur
Gebäude entlasten Stromnetze
Themeninfo I/2018

Treibhausgasemissionen [Mio. t CO2-Äquiv. ] Deutschlands von 1990 bis 2013 und Zielwerte für die Jahre bis 2050 (blaue Punkte). Die Minderungswerte in Prozent beziehen sich auf den Bezugswert im Jahr 1990.
© Ref. REMod-D Studie
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Netzdienliche Gebäude und Quartiere

Der Ausbau erneuerbarer Energien erfordert eine zunehmend flexibel reagierende, komplementäre Stromerzeugung ebenso wie eine Flexibilisierung der Stromnachfrage durch die Verbraucher. Neben klassischen Strom-zu-Strom-Speichern und flexiblen Kraftwerken können auch Gebäude eine wichtige Rolle bei der Verschiebung der Stromnachfrage übernehmen.

Da die deutsche Energieversorgung zukünftig zu großen Teilen auf Solar- und Windenergie beruhen wird, welche nicht auf Abruf zur Verfügung stehen, müssen neue Konzepte entwickelt werden, um die Versorgungssicherheit und Netzstabilität zu gewährleisten. Zugleich spielt ein künftig klimaneutraler Gebäudebestand in den Konzepten der Bundesregierung für den Klimaschutz eine zentrale Rolle. Denn der Gebäudesektor als ein Hauptenergieverbraucher im deutschen Energiesystem kann einen wesentlichen Beitrag zu mehr Flexibilität und zu einem „netzdienlichen“ Verbrauchsverhalten leisten, indem Gebäude und Quartiere als regelbare Last, als Stromspeicher oder als dezentrale Erzeuger agieren. Durch die gezielte Veränderung des zeitlichen Strombezugs- und Einspeiseprofils unterstützen sie Lastglättung und Lastverschiebung. Gebäude verfügen über eine große thermische Speicherkapazität in Form von Warm- und Kaltwasserspeichern sowie der Gebäudemasse selbst. Daher kann durch die Kopplung mit strombasierten Technologien zur Wärme- und Kälteversorgung wie Wärmepumpen und Kältemaschinen überschüssiger Strom in thermische Energie gewandelt oder bei zusätzlichem Bedarf dezentrale Blockheizkraftwerke betrieben werden.

Netzdienlichkeit ist somit eine zusätzliche Anforderung an Gebäude und Quartiere der Zukunft – neben Energie- und Kosteneffizienz, Ökologie oder dem Komfort für die Nutzer. Das vorliegende Themeninfo definiert zunächst genauer, wie Netzdienlichkeit quantifiziert werden kann, wie sich Netzanforderungen in Führungsgrößen abbilden und in neuartigen netzreaktiven Regelkonzepten berücksichtigen lassen. Hintergrund dafür ist das Forschungsverbundprojekt „Netzreaktive Gebäude“, das im Rahmen der Forschungsinitiativen „EnOB – Forschung für Energieoptimiertes Bauen“ sowie „EnEff:Stadt – Forschung für die energieeffiziente Stadt“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde. Das Themeninfo gibt dazu Einblick in aktuelle Debatten und Forschungsarbeiten.

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Das Energiesystem transformieren

Bis zum Jahr 2050 sollen die Treibhausgasemissionen Deutschlands auf einen Wert abgesenkt werden, der um mindestens 80 Prozent, nach Möglichkeit aber 95 Prozent niedriger liegt als der Wert im Jahr 1990. Dabei machen die energiebedingten CO2-Emissionen mit 85 Prozent den größten Anteil aus. Um die Klimaschutzziele im Bereich der Energieversorgung zu erreichen, hat die Bundesregierung die Energiewende beschlossen. Dies bedeutet einen fundamentalen Umbau der heutigen Energieversorgung. Daraus ergibt sich die wichtige Frage, wie eine kostenoptimale Transformation des deutschen Energiesystems unter Einbeziehung aller Energieträger und aller Verbrauchssektoren aussehen wird.

Techno-ökonomische Energiesystemmodelle können dabei helfen, optimale Pfade für die Transformation des deutschen Energiesystems aufzuzeigen und zu bewerten. Denn diese Modelle bilden die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Sektoren des Energiesystems wie „private Haushalte“, „Gewerbe-Handel-Dienstleistung“, „Industrie“, „Verkehr“ und „Landwirtschaft“ ab. Und daraus lassen sich wiederum Szenarien für den Ausbau und die Entwicklung des zukünftigen Energiesystems ableiten. So wurde vom Fraunhofer ISE das Regenerative Energien-Modell Deutschland REMod-D entwickelt, um technisch und ökonomisch sinnvolle Transformationspfade des deutschen Energiesystems von heute bis 2050 zu berechnen. Das Ziel: Die Klimaschutzziele der Bundesregierung einzuhalten, eine Versorgungssicherheit jederzeit zu gewährleisten und die Gesamtkosten für das Energiesystem zu minimieren.

REMod-D erlaubt die Modellierung der kompletten Energieversorgung mit einer zeitlichen Auflösung von Stunden unter Einbezug aller Verbrauchssektoren, der Stromerzeugung und der Speicherung. Das Modell bildet das komplette Energiesystem mit seinen Abhängigkeiten, Energieflüssen und den zeitlichen Schwankungen von Energieangebot und Energienachfrage ab. Die energiebedingten CO2-Emissionen des gesamten Energiesystems sollen dabei einen vorgegebenen Zielpfad nicht überschreiten. Zur Bereitstellung von Strom und Wärme dienen neben konventionellen Kraftwerken auch erneuerbare Energien. Die untersuchten Szenarien unterscheiden sich dabei hinsichtlich der in der Zukunft verwendeten Antriebskonzepte im Bereich der Mobilität, hinsichtlich des Umfangs der energetischen Sanierung von Gebäuden und hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem ein Ausstieg aus der Nutzung von Kohle zur Stromerzeugung erfolgt.

Merkzettel

Autoren

Koordination Autorenteam:
Prof. Dr. Doreen Kalz
Beuth Hochschule für Technik Berlin

Mitwirkung folgender Institutionen:
Fraunhofer ISE
Fraunhofer IEE
RWTH Aachen E.ON ERC

Links

Netzdienliche Betriebsführungsstrategien für Nichtwohngebäude
Projekt der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.