Potenzial lokaler Hybridenergiespeicherung in der Demonstration
Während lokal in Wohngebäuden oder -gebieten erzeugte erneuerbare Energien den überlasteten Stromnetzen zugute kommen könnten, existiert jedoch noch ein nicht zu unterschätzendes Hindernis: die unregelmäßige, von Sonnenschein oder Wind abhängige Versorgung. Das EU-finanzierte Projekt SCORES untersuchte moderne Systeme zur Speicherung der von lokalen Solarmodulen erzeugten erneuerbaren Energie, die durch ein Energiemanagementsystem unterstützt werden. „Mit einer Kombination aus an lokale Märkte anpassbaren Technologien speichern wir Energie für den Fall, dass erneuerbare Energien nicht auf Abruf zur Verfügung stehen“, erklärt Projektkoordinator Erwin Giling von der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO), an der das Projekt durchgeführt wird. Die Demonstration der Technologien erfolgte in zwei an Strom- und Wärmenetze angeschlossenen Gebäuden in Österreich und Frankreich.
Start frei für integrierte Speicherlösungen
SCORES erkundete etliche Strom- und Wärmelösungen und experimentierte mit der Integration und Installation der Komponenten in die Gebäude. Dabei ging es um Solarthermie, Photovoltaik, Wasser- und Luft/Luft-Wärmepumpen, ein wiederverwendetes Lithium-Ion-Batterie-System zur Stromspeicherung, ein Redox-Wärme-Batteriesystem zur Wärmespeicherung, Phasenwechselmaterialien zur kompakten Wärmespeicherung sowie einen gut isolierten Pufferspeicher zur Speicherung von Warmwasser für mehr als eine Woche bei minimalem Verlust. Die letztgenannte Innovation führte zur Gründung des Start-ups Newton Energy Solutions zur Kommerzialisierung der Technologie. Das Team entwickelte auf der Grundlage von Testdaten und Simulationen Algorithmen zur Steuerung eines Energiemanagementsystems für Gebäude, das die verschiedenen Technologien miteinander verbindet, steuert und optimiert, um ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Verbrauch herzustellen. Die innovativeren Technologien wurden in einem (im Vergleich zu Gebäuden) relativ kleinen Maßstab physisch demonstriert, während die Projektdaten der vollmaßstäblichen Simulation der Systeme dienten.
Nettoverringerungen übertreffen alle Erwartungen
Zur Schaffung einer Ausgangsbasis für die Bewertung der Projektkomponenten wurde ein Referenzfall ohne die projekteigenen Innovationen erstellt. „Die Simulationen für das französische Demonstrationsgebäude ergaben, dass mit der Einbindung von Luft/Luft- und Wasser/Wasser-Wärmepumpensystemen mit photovoltaisch-thermischer Energiequelle eine Nettoreduzierung des Netzstromverbrauchs von 37,7 % im Vergleich zum Referenzfall erreicht wurde. Durch Hinzufügen von Photovoltaikmodulen auf dem Dach konnte dieser Wert auf 56 % erhöht werden“, berichtet Giling. Tatsächlich fand das Team heraus, dass unter Einbeziehung von drei Speichertechnologien in diese Simulation – und zwar der wiederverwendeten elektrischen Batterie, Speicherelementen aus Phasenwechselmaterialien und einer verbesserten Redox-Wärme-Batterie zur Wärmespeicherung – eine Nettoreduktion von bis zu 60 % erreichbar wäre, wenn eine Optimierung für den alleinigen Verbrauch des Gebäudes erfolgt. Im Rahmen der österreichischen Simulation ermittelte das Team, dass allein der Einsatz einer Wärmepumpe bereits eine Energieeinsparung von 70 % ergeben könnte. „Diese Einsparungen lagen alle deutlich über unserem Ziel von 30 %, und zwar noch bevor wir überhaupt Speichertechnologien einsetzen“, fügt Giling hinzu.
Jenseits der Technologien
Das SCORES-System hat zahlreiche Vorteile zu bieten. Dazu zählen geringere CO2-Emissionen, Energieautarkie und Netzstabilität. Außerdem könnten die Innovationen verbesserte Batterien für Elektrofahrzeuge hervorbringen und dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit und die Beschäftigung in der europäischen Energiewirtschaft zu steigern. Zu diesem Zweck hat SCORES eine Serie aus acht Schulungsvideos veröffentlicht, die über die Technologien des Projekts informieren. Zudem organisierte der Projektpartner IPS einen Weiterbildungskurs und ein Seminar an den Demostandorten, wohingegen der Partner EDF einen politischen Workshop veranstaltete. Während die meisten Technologien des Projekts vor einer Kommerzialisierung noch weiter erforscht werden müssen, sind die Wasser/Wasser-Wärmepumpen in Verbindung mit photovoltaischen Wärmetauschern bereits auf dem Markt erhältlich. „Damit Hybridenergiespeichersysteme breitere Akzeptanz finden, müssen wir das Hindernis der relativ hohen Anfangsinvestitionen überwinden. Zu diesem Zweck könnten die Regierungen Subventionen anbieten sowie die Gesetze und Vorschriften verbessern. Außerdem müssen wir den Verbraucherinnen und Verbrauchern die Vorteile dieser Systeme noch besser vermitteln“, bekräftigt Giling abschließend.
Schlüsselbegriffe
SCORES, Energie, Stromnetz, Solarmodule, Wärmepumpen, Batterien, Photovoltaik, Speicherung, Klimawandel
