Projekt
Die Universitätsstadt Gießen entwickelt gemeinsam mit der THM Technische Hochschule Mittelhessen, den Stadtwerken Gießen AG, dem Netzbetreiber MIT.N sowie der Smart Power GmbH & Co. KG ein energieeffizientes Quartier auf einer 7,9 ha großen Konversionsfläche (2/3 Wohnen, 1/3 Gewerbe) mit aktivierbaren Speichertechnologien, die systemdienlich sind. Der Projektansatz beruht auf der systemischen Flexibilisierung des Neubauquartiers durch zentrale Energiespeicher-Technologien und einem darauf abgestimmten Energiemanagement, das durch Regelalgorithmen gesteuert wird.
Das Projekt „EnEff:Stadt FlexQuartier Gießen“ kann ein Vorbild für eine energieeffiziente und netzdienliche Energieversorgung von Quartieren sein. Netzdienlich sind einzelne oder mehrere elektrische Anlagen (Erzeuger, Verbraucher oder Speicher), die Netzkosten reduzieren.
Das Konzept für das Projekt "EnEff:Stadt FlexQuartier Gießen" umfasst:
- Demonstration der Netzdienlichkeit eines ganzen Quartiers
- Erstellen eines Simulationsmodells für die Quartiers-Energieversorgung zur Optimierung der möglichen Fahrweisen aller Systeme in der Energiezentrale
- Nutzen von LowEx-Wärme über kaskadierte Wärmepumpen, um Niedertemperaturwärme auf Fernwärmeniveau zu heben und einzuspeisen
- PV-Pflicht (50 Prozent der Bruttodachflächen) über den städtebaulichen Vertrag
- Öffentlich zugängliche Ladesäulen für E-Mobilität
- Energiezentrale mit hybriden Speichertechnologien für ein netzdienliches Quartier
- Sektorenkopplung über Fernwärmebereitstellung, Stromeinspeisung aus Batteriespeicher und Hochtemperaturspeicher und e-Ladesäulen
- Anwendung der BIM-Technologie auf ein ganzes Quartier
- Energieeffizienz
- Neubau
- Quartier
- Wärmepumpe
Bautafel:
PROJEKTLAUFZEIT
01.12.2018 bis 30.11.2023 (mit Verlängerung)
NUTZUNG ERNEUERBARERER ENERGIEN
Photovoltaik, Luft-Wasser-Wärmepumpe (Niedertemperatur), Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Hochtemperatur)
SPEICHERTECHNOLOGIE
Für Strom: Batteriespeicher (780 kWh; 700 kW)
Für Strom und Wärme: Hochtemperaturspeicher bzw. Carnot-Batterie (10,5 MWh bei 1200°C; 600 kW el. Heizung) mit Rückverstromung (30 kWel; 80 kWth)
Für Wärme: 40 m³ Warmwasserspeicher
Herausforderungen
Das Forschungsprojekt zur Entwicklung eines netzdienlichen innovativen Quartiers in Gießen stellte einige Herausforderungen dar. Eine davon ist die Auslegung der Energie- und Speichertechnologien, ohne dass die finalen Gebäude und Nutzer bekannt sind. Gelöst wurde dies über einen Hochtemperaturspeicher mit Rückverstromungsoption als Blockheizkraftwerk.
Eine weitere Herausforderung war die Einrichtung einer datenschutzgerechten und engmaschigen Messdatenerfassung von Verbrauchsdaten und Strombereitstellung durch die Dachflächen-PV. Trotz Pandemie wurde das städtische Bauprojekt erfolgreich mit dem Zeitplan eines F+E-Projekts synchronisiert. Die Einbindung von Speichertechnologien stellte jedoch diverse juristische Hürden dar, ebenso wie die ursprünglich geplante direkte Nutzung der Dach-PV für die Speicherbeladung.
Trotz all dieser Herausforderungen wird das Projekt dank der Zusammenarbeit zwischen der Universitätsstadt Gießen, der THM, der Stadtwerke Gießen AG, dem Netzbetreiber MIT.N und der Smart Power GmbH & Co. KG erfolgreich umgesetzt.
Ziele & Erfolge
Die Inbetriebnahme der Energiezentrale, die hybride Speichertechnologien nutzt, ist für das dritte Quartal 2023 geplant. Nach Abschluss dieses Zeitpunkts wird eine 4-jährige Phase der Validierung und Überwachung folgen, in der Einsatzgrenzen, Geschäftsmodelle und die Verfügbarkeit der Technologie untersucht werden.
Die Modellierung des Systems verdeutlicht, dass verschiedene zentrale Speichertechnologien sinnvoll kombiniert werden müssen, um eine hohe Dichte an Photovoltaik im Quartier integrieren zu können. Dies verringert zusätzlich die Belastung der Netze. So kann der erforderliche Ausbau zur Integration zusätzlicher erneuerbarer Energieerzeuger der Stromnetze deutlich reduziert werden. Die zentralen Energieumwandlungs- und Speichertechnologien ermöglichen eine optimale Anpassung an aktuelle Lastflüsse und gewährleisten eine Interoperabilität im Quartier, die das Netz unterstützt und formt. Zusätzlich können über die Quartiersgrenzen hinaus verschiedene Netzdienstleistungen erbracht werden.
Der Hochtemperaturspeicher bietet nicht nur sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten für die Energieversorgung von Quartieren, sondern eröffnet auch zahlreiche industrielle Anwendungsfälle, in denen Hochtemperaturwärme entweder benötigt wird oder bereits vorhanden ist und in die Carnot-Batterie eingespeichert werden kann.
Lessons learned
Carnot-Batterien können in der richtigen Kombination mit anderen Technologien schon jetzt einen wichtigen Beitrag für die Netzentlastung leisten. Die Implementierung einer innovativen Technologie erfordert eine effektive Kommunikation und Einbindung des Energieversorgers und des Netzbetreibers sowie anderer relevanter Stakeholder. Zwingende Voraussetzung ist die frühzeitige Einbindung der Behörden. Die Universitätsstadt Gießen als direkter Projektpartner hatte eine beschleunigende Wirkung. Eine frühzeitige transparente Darstellung des Projekts, sowie der Vorteile, Risiken und Auswirkungen der Carnot-Batterie haben zu Akzeptanz und Unterstützung des Projekts beigetragen. Um das volle Potenzial der Carnot-Batterie auszuschöpfen, ist eine ganzheitliche Systemoptimierung wichtig. Dies beinhaltet die Abstimmung der Batterie mit erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen, Speichertechnologien und Energieverbrauchern im Quartier, um einen optimalen Energiefluss und eine maximale Effizienz zu gewährleisten.
