08.03.2023 • Energie

Vor-Ort-Systeme von Photovoltaik und Wärmepumpen in Stadtquartieren besitzen große Potenziale

Eigenverbrauchsquoten von fast achtzig Prozent sowie Reduktion energiebedingter CO2-Emissionen um über fünfzig Prozent sind möglich.

Anhand eines realen Wohn­quartiers in Bochum/Weitmar haben Forscher des Exzellenz­clusters Integrierte Energie­systeme CINES unter Leitung des Fraunhofer-IOSB-AST anhand dreier Szenarien­gruppen untersucht, inwieweit Flexibilitäts­potenziale in Verbindung mit Photovoltaik in Stadt­quartieren optimal zur lokalen, sektoren­über­greifenden Energie­versorgung beitragen und gleich­zeitig die Akzeptanz steigern können. Hierbei können EE-Eigen­verbrauchs­quoten von fast achtzig Prozent sowie eine Reduktion energie­bedingter CO2-Emissionen um über fünfzig Prozent erreicht werden.

Abb.: Wohnquartier in Bochum/Weitmar: Lang­fristig können hier im opti­malen...
Abb.: Wohnquartier in Bochum/Weitmar: Lang­fristig können hier im opti­malen Szenario die Strom- und Wärme­bedarfe zu 25 Prozent aus lokaler, erneuer­barer Energie­pro­duk­tion bei gleich­zeitig hal­bier­ten CO2-Emis­sionen er­zeugt werden. (Bild: Bier­wald, Vonovia)

Als Untersuchungs­gegen­stand diente ein reales Wohnquartier im urbanen Umfeld mit 13 Wohn­gebäuden und insgesamt 81 Wohneinheiten. Zur Raumwärme- und Warm­wasser­bereit­stellung werden in diesem Quartier pro Jahr rund 1,3 Millionen Kilowatt­stunden benötigt, weitere 260 Tausend Kilowatt­stunden entfallen auf den elektrischen Energiebedarf.

Die Untersuchung basiert auf Bottom-Up generierten Verbräuchen zur realitäts­nahen Abbildung der thermischen und elektrischen Quartiers­lasten. Für einen möglichst hohen Anteil an lokaler Energie­versorgung durch die im Quartier instal­lierten PV-Anlagen kommt eine szenarien­spezifische Nutzung von Flexibilitäts­optionen – Energie­speicher, Elektro­fahrzeuge und Wärmepumpen – zum Einsatz, um den EE-Eigen­verbrauch und den EE-Versorgungs­anteil am lokalen Energie­bedarf zu maximieren.

Im Rahmen der Kurzstudie werden verschiedene Szenarien für den Einsatz von Flexibilitäts­optionen in Verbindung mit unter­schied­lichen Ansätzen zur Quartiers­betriebs­führung am Beispiel eines konkreten Wohn­quartiers untersucht und bewertet. Ziel­stellung in allen Szenarien ist die Steigerung des lokalen EE-Eigen­verbrauchs und -versorgung im Quartier. Die Szenarien unterscheiden sich hierbei in der Frage, welche Flexibilitäts­optionen konkret genutzt und wann sie zeitlich in welcher Ausprägung zum Einsatz kommen kann.

Im Rahmen einer KPI-gestützten Bewertung erfolgt zusätzlich die Betrachtung, wie das Quartier für das vorgelagerte Energie­system in Erscheinung tritt. Die Studie fokussiert sich auf die technische Quanti­fi­zierung der Möglich­keiten zur Nutzung von energetischen Flexibilitäts­potenzialen und die aus dem Betrieb resultie­renden Auswirkungen für das Quartier und auf das vorgelagerte Energiesystem. Darüber hinaus erfolgt eine sozial­wissen­schaftliche Betrachtung hinsichtlich der Akzeptanz­steigerung im Quartier.

„Quartiere, die sektoren­über­greifend Flexibilitäts­optionen und erneuer­bare Energien vor Ort nutzen, schaffen lang­fristige Preis­stabilität für Bewohner, reduzieren den lokalen CO2-Footprint und entlasten mit der passenden Betriebs­führungs­strategie das vorgelagerte Energie­system. Sie sind eine wichtige Ergänzung für die Energie­wende und schaffen bei geeigneter Regulatorik Anreize und Mitge­staltungs­möglich­keiten für Bürger auf dem Weg zu einem klima­neutralen Gesamt­energie­system und damit auch zu einem schnelleren Umstieg auf Erneuerbare“, erklärt Sebastian Flemming, wissen­schaft­licher Projekt­leiter der Studie vom Fraunhofer-IOSB-AST.

Fh.-IOSB-AST / RK

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