Aus­gangs­la­ge

Für die Mi­ni­mie­rung der CO₂-Emis­sio­nen der En­er­gie­ver­sor­gung von Ge­bäu­den und Quar­tie­ren ist neben dem en­er­ge­ti­schen Stan­dard der Ge­bäu­de ei­ner­seits eine re­ge­ne­ra­ti­ve En­er­gie­er­zeu­gung er­for­der­lich, an­de­rer­seits müs­sen das Er­zeu­gungs­pro­fil fluk­tu­ie­ren­der er­neu­er­ba­rer En­er­gi­en mit dem Ver­brauchs­pro­fil der Ge­bäu­de in Ein­klang ge­bracht wer­den. Hier­zu wer­den un­ter­schied­li­che En­er­gie­spei­cher ge­nutzt. Neben klas­si­schen ther­mi­schen und elek­tri­schen En­er­gie­spei­chern wer­den auch neue Kon­zep­te für die Spei­che­rung elek­tri­scher En­er­gie ent­wi­ckelt. Ein sol­cher An­satz ist die Car­not-Bat­te­rie, die elek­tri­sche En­er­gie auf hohen Tem­pe­ra­tu­ren spei­chert und zeit­ver­setzt rück­ver­stro­men kann. Die Ab­wär­me kann dabei zur Wär­me­ver­sor­gung der Ge­bäu­de ge­nutzt wer­den.

In dem Vor­gän­ger­pro­jekt Flex­Quar­tier (FKZ: 03ET1607A-E) hat die Hoch­schu­le Mit­tel­hes­sen eine sol­che Car­not-Bat­te­rie als Hy­brid­s­pei­cher für Wärme und Strom ent­wi­ckelt und in dem Kon­ver­si­ons­quar­tier Phi­lo­so­phen­hö­he in Gie­ßen um­ge­setzt. Die Über­schüs­se der PV-Strom­erzeu­gung der Neu­bau­ten des Quar­tiers wer­den in der En­er­gie­zen­tra­le in einem Hoch­tem­pe­ra­tur-Fest­stoff­spei­cher für eine spä­te­re Rück­ver­stro­mung mit einer Gas­tur­bi­ne ge­nutzt, die Ab­wär­me wird mit Hilfe von Wär­me­pum­pen in das Fern­wär­me­netz des Quar­tiers ein­ge­speist. Die En­er­gie­zen­tra­le soll nun im rea­len Be­trieb un­ter­sucht und bi­lan­ziert wer­den, um Er­fah­run­gen im Be­trieb eines Hy­brid­s­pei­chers im Zu­sam­men­spiel mit dem Quar­tier zu sam­meln und eine Ein­ord­nung der Ef­fi­zi­enz im Ver­gleich zu an­de­ren Ver­sor­gungs­lö­sun­gen vor­zu­neh­men.

Ziele

Im Ver­bund­vor­ha­ben „Flex­Quar­tier2 - Be­triebs­op­ti­mie­rung und Mo­ni­to­ring eines fle­xi­blen Hy­brid­s­pei­cher­sys­tems zur Sek­to­ren­kopp­lung und für Netz­dienst­leis­tun­gen im Quar­tier Phi­lo­so­phen­hö­he Gie­ßen“ wird der Hy­brid­s­pei­cher wäh­rend des Pro­jekts wei­ter be­trie­ben, in pra­xis­na­hen Ver­su­chen ge­tes­tet und kon­ti­nu­ier­lich op­ti­miert. Der Ver­bund­part­ner Hoch­schu­le Mit­tel­hes­sen fo­kus­siert sich auf das ef­fi­zi­en­te Zu­sam­men­spiel der An­la­gen- und Spei­cher­sys­te­me in der En­er­gie­zen­tra­le, theo­re­ti­sche Un­ter­su­chun­gen und sta­ti­sche sowie dy­na­mi­sche Cha­rak­te­ri­sie­run­gen des ge­sam­ten Sys­tems, au­ßer­dem die Er­stel­lung eines di­gi­ta­len Zwil­lings des Hy­brid­s­pei­chers sowie Ge­schäfts- und Be­trei­ber­mo­del­le und recht­li­che Rah­men­be­din­gun­gen.

Par­al­lel dazu wird ein vier­jäh­ri­ges Mo­ni­to­ring durch­ge­führt, mit des­sen Hilfe das IWU die En­er­gie­strö­me und Treib­haus­gas­emis­sio­nen der En­er­gie­zen­tra­le und des Quar­tiers bi­lan­ziert. Ba­sie­rend auf den Mess­da­ten wer­den Vor­schlä­ge zur Be­triebs­op­ti­mie­rung der An­la­gen­tech­nik und des Quar­tiers ent­wi­ckelt. Der Hy­brid­s­pei­cher wird im Ver­gleich zur de­zen­tra­len Nut­zung von Wärme- und Strom­spei­chern be­wer­tet und das Ge­samt­kon­zept des Quar­tiers wird im Ver­gleich zu an­de­ren zen­tra­len sowie de­zen­tra­len En­er­gie­ver­sor­gungs­kon­zep­ten ein­ge­ord­net. Schlie­ß­lich wer­den die en­er­ge­ti­schen Stan­dards der Ge­bäu­de des Flex­Quar­tiers va­ri­iert, um die Aus­wir­kun­gen auf die Be­wer­tung des Kon­zepts zu un­ter­su­chen und Er­kennt­nis­se für die Über­trag­bar­keit auf an­de­re Quar­tie­re und en­er­ge­ti­sche Ge­bäu­de­stan­dards zu ge­win­nen.

Vor­ge­hen

Das Teil­vor­ha­ben des IWU um­fasst sie­ben Ar­beits­pa­ke­te (AP):

• In AP1 werden sowohl das gesamte Quartier als auch die Energiezentrale mindestens 2 Jahre lang mit Hilfe eines energetischen Monitorings vermessen und bewertet. Im Fokus stehen die im Quartier erzeugten und verbrauchten Energien (Wärme und Strom) im zeitlichen Verlauf, der Anteil der Energieerzeugung im Quartier am Gesamtbedarf, die Gesamtbilanzen und die Treibhausgasemissionen.
• In AP2 wird das Betriebsverhalten des Hybridspeichers mit Hilfe von Lastgängen aus Sicht des Quartiers analysiert und es werden Vorschläge für eine Betriebsoptimierung erarbeitet.
• AP3 bilanziert die dezentrale PV-Stromerzeugung im Quartier, die PV-Überschüsse und den Einfluss auf die Nutzung im Hybridspeicher.
• AP4 schließt mit einem Vergleich zwischen zentralen (Hybridspeicher) und dezentralen (Wärmepumpe, Heizstab, Elektrospeicher) Konzepten zur Nutzung von PV-Überschüssen an und vergleicht die verschiedenen Konzepte in einem Modell bezüglich der Gesamteffizienz auf Quartiersebene.
• In AP5 wird das umgesetzte Wärme- und Stromversorgungskonzept für die Philosophenhöhe weiteren, für das Quartier denkbaren dezentralen Versorgungskonzepten, gegenübergestellt. Daneben erfolgt ein Vergleich mit Messdaten aus anderen Quartieren. Ziel des Arbeitspaketes ist das Erarbeiten eines Leitfadens für Entscheidungsträger für Planungen im Quartierskontext, der Chancen und Risiken verschiedener Konzepte beleuchtet.
• Der Einfluss des energetischen Standards der Gebäude auf die Effizienz der Wärmeversorgung wird in AP6 untersucht und u.a. bezüglich der Netzverluste und der Netztemperaturen des Fernwärmenetzes untersucht.
• In AP7 werden die Ergebnisse des Teilprojektes dokumentiert und die Übertragbarkeit auf andere Quartiere, Randbedingungen und Gebäude untersucht.

Be­ar­bei­tungs­zeit­raum und Er­geb­nis­se

De­zem­ber 2023 - No­vem­ber 2027

Pro­jekt­team IWU

• Marc Großklos, Michael Grafe, Stefan Swiderek

Kon­takt

Marc Gro­ßklos
06151 2904-47
m.​grossklos(at)iwu(dot)de

För­der­mit­tel­ge­ber

• Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (FKZ: 03EN3091B)
  

Part­ner

• Technische Hochschule Mittelhessen
• Stadtwerke Gießen