Forscher:innen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben in einer Studie das Potenzial untersucht, das Gewerbegebäude als flexible Lastelemente im Energiesystem der Zukunft mitbringen. Dazu haben sie drei Fallstudien bei verschiedenen Unternehmen durchgeführt, um deren Flexibilitätspotenziale zu untersuchen und Hemmnisse für Markt- und Betreibermodelle zu entwickeln.
Unternehmen werden Akteure im Energiesystem
Dazu haben sie auch neue Technologien zur Erzeugung von Wärme und Kälte sowie Lösungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen und zur Integration erneuerbarer Energien ausgelotet. Hier ging es vor allem darum, neben der effizienten Nutzung und Verknüpfung von Strom, Wärme und Kälte auch zu erproben, wie Industrie sowie der Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungssektor (GHD) in die Energiewirtschaft eingebunden werden können. „Bislang sind Liegenschaften mittelständischer Industrieunternehmen oder des GHD-Sektors nur primärenergetisch betrachtet worden, nicht als Akteure im Energiesystem“, begründet Jessica Thomsen, Teamleiterin Dezentrale Energieversorgung und Märkte am Fraunhofer ISE, den neuen Untersuchungsansatz. „Die in ihnen schlummernden Potenziale zur Bereitstellung von Flexibilität sind bisher nur unzureichend erforscht worden, eine Lücke, die unser Projekt geschlossen hat“, betont sie.
Wirtschaftlichkeit der Energieversorgung bewerten
Konkret haben die Forscher:innen beim Baustoffhersteller Hermann Peter im badischen Rheinau, beim Lebensmittelhersteller Taifun-Tofu in Freiburg sowie am eigenen Campus eine umfangreiche Energiesystemanalyse durchgeführt. Mit selbst entwickelten Messkonzepten haben sie alle Energiedaten erfasst und diese in das Energiesystemmodell District des Fraunhofer ISE eingegeben. Mit diesem Modell lässt sich die Wirtschaftlichkeit von Energieversorgungskonzepten untersuchen und diese Energieversorgungskonzepte optimieren. Mit den erhobenen Energiedaten konnten die Forscher:innen auch die Möglichkeiten zur Flexibilisierung von Strom,- Wärme- und Kältenutzung darstellen.
Auf veränderliche Strompreise reagieren
Beispielsweise haben die Wissenschaftler:innen auch das Kältenetz inklusive Kaltwasserspeicher mit 200 Kubikmeter Volumen, der am Campus des Fraunhofer ISE installiert ist, in die Untersuchung mit einbezogen. Hier hat die Untersuchung ergeben, dass durch den Austausch mehrerer kleiner, dezentraler Kälteanlagen die Systemeffizienz gesteigert werden kann. Außerdem kann der Kältespeicher einen größeren Teil der Last durch freie Kühlung decken. Dadurch lässt sich die Kälteanlagen flexibler betreiben, weil sie auf sich ändernde Strompreise reagieren. Im Projekt wurde auch die Bedeutung von Wärmepumpen als flexible Last untersucht.
Flexibilität mit Residuallast verglichen
Danach haben die Forscher:innen die Flexibilitätsoptionen, die sie für die einzelnen untersuchten Unternehmen entdeckt haben, in ein regionales und ein deutschlandweites Energiesystem- und Energiemarktmodell eingebunden. Hier ging es darum, die Kommunikation mit dem Energiesystem zu untersuchen und zu bewerten, welche Auswirkungen dies auf das Energiesystem hat. Anhand des kompletten Bestands an Gewerbe- und Industriegebäuden in Deutschland haben die Forscher:innen am Ende die Flexibilitätspotenziale für verschiedene Technologien berechnet und mit der prognostizierten Residuallast für das Energiesystem des Jahres 2045 verglichen. Dabei zeigte sich, dass allein die Nichtwohngebäude ein relevantes Flexibilitätspotenzial besitzen, das bis zu 3,2 Prozent der Residualenergie im Jahr 2045 entspricht.
Energiekosten reduzieren
Durch die Gesamtbetrachtung des Energiesystems der Unternehmen haben die Forscher:innen außerdem herausgefunden, dass zwar der Grad der Eigenversorgung vor allem durch Photovoltaik in Kombination mit Wärmepumpen oder thermischen oder elektrischen Speichern gesteigert werden kann. Dies reduziere die Energiekosten sowie CO2-Emissionen. Allerdings sei ein flexibler, netzdienlicher Betrieb mit dem aktuellen rechtlichen Rahmen und den installierten Messtechniken kaum zu realisieren, lautet eines der Ergebnisse der Untersuchungen.
Flexibilität wirtschaftlich machen
So können die bisher möglichen ökonomischen Anreize zur Bereitstellung von Flexibilität die Mehrkosten zu deren Erschließung nicht ausgleichen, wie die Forscher:innen des Instituts für Klimaschutz, Energie und Mobilität (IKEM) als Projektpartner herausgefunden haben. Dazu müsste unter anderem die Struktur der Tarife für den Strombezug reformiert werden, um relevanter Flexibilitätspotenziale zu heben. Außerdem sind technologische Voraussetzungen notwendig, um die Bereitstellung von Flexibilität wirtschaftlich interessant zu gestalten. Die Forscher:innen schlagen hier unter anderem die Dynamisierung der Netzentgelte und deren Anpassung an die Netz- oder Systemerfordernisse vor. Um solche Hürden aus dem Weg zu räumen, haben die Projektpartner die notwendigen Rahmenbedingungen für die Flexibilisierung in einer Handreichung zusammengefasst. Den gesamten Abschlussbericht des Projekts finden Sie auf der Webseite des Fraunhofer ISE. (su)
