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Smart Grid, Regelungs- und Speichertechniken

In den vorausgegangen Kapiteln wird bereits das Spannungsverhältnis beschrieben, welches sich aus der Witterungsabhängigkeit der erneuerbaren Energien ergibt. Insbesondere Windkraft und Photovoltaik sind von den Windverhältnissen bzw. der Einstrahlungsintensität der Sonne hinsichtlich ihrer Erträge abhängig.

Es gilt also im Bereich der Gebäude und Siedlungsstrukturen nicht nur erneuerbare Energien bereitzustellen, sondern auch die Gebäudekonzepte so anzulegen, dass sie im Betrieb einen Beitrag zur Regelung und Ausgleich des Netzes erbringen. Das Schlagwort „Smart Grid“ hat sich als Bezeichnung für ein „intelligentes“, nach Lastbedarf regelbares Netz etabliert, das mit seinen Teilnehmern aktiv kommuniziert, um nach den jeweiligen Nutzer- und Netzanforderungen Stromlieferung und -bezug zu regeln. Gebäude und ihre NutzerInnen können dazu einen wesentlichen Beitrag leisten.

Im Strombereich ist dieses Lastmanagement in einfacher Form seit langem Usus. Mittels unterschiedlicher Tarife, wie beispielsweise Nachttarife für Verbraucher mit hohen Leistungen, werden Anreize geschaffen, z. B. Nachtspeicheröfen möglichst nur in der Nacht zu beladen. Bei gewerblichen Bauten wird durch Leistungspreise ein hoher Anreiz gegeben, auf gleichmäßige Stromlast zu achten und betriebsintern Lastabwurfsysteme zu installieren.

Der Unterschied im Smart Grid besteht darin, dass dieses Regelsystem nunmehr sehr viel filigraner wird. Kühlschränke mit 30 bis 100 Watt Leistungsaufnahme waren lange Zeit Versorgern keinerlei Gedanken wert. In der Summe ergeben sie aber – ohne Gleichzeitigkeitsbetrachtung – in Deutschland eine Leistung von 2,4 Gigawatt, was immerhin der Bruttoleistung von zwei Atomkraftwerken entspricht.

Durch gezielten Lastabwurf bzw. durch geplantes Einschalten können durch die Geräte eines Haushalts durchaus 200 bis 800 Watt als Regelamplitude geleistet werden, was für die BRD etwa 10 bis 15 GW Regelleistung ausmacht bei einer Gesamtleistung von 40 bis 80 GW.

Wird in einem Plus-Energie-Gebäude ein Batteriespeicher mit 5 kWh installiert, so kann dieser im Idealfall 10 Stunden lang 0,5 kW Leistung für das Netz bereitstellen und übernimmt damit eine durchaus relevante Funktion innerhalb des Gesamtsystems. Wirksam werden all diese Überlegungen natürlich erst, wenn eine große Zahl von Gebäuden mit diesen Techniken ausgestattet ist.

Am Beispiel eines Einfamilienhauses sollen die Möglichkeiten aufgezeigt werden, die sich aus einem aktiven Eigennutzungskonzept für die Solarerträge ergeben. Bei einem Gebäude mit einer PV-Anlage von 6 kWpeak liegt der Eigenstromanteil über das Jahr bei 10 bis maximal 20 Prozent. Die Eigenverbrauchsquote lässt sich auf über 20 % erhöhen, wenn ein Hausbewohner oder eine Hausbewohnerin tagsüber zuhause ist und gezielt bei solarem Eintrag Waschmaschine, Wäschetrockner, Spülmaschine und eventuell den Elektroherd nutzt. Darüber hinaus können sehr aktive Plus-Energie-BewohnerInnen Kühl- und Gefrierschrank auf eine deutliche Untertemperatur fahren. Dies ist manuell möglich oder über einfache Elektronik. Wird das Gebäude mit einer Wärmepumpe versorgt, kann diese ebenfalls zu diesen Zeiten aktiviert werden und das Warmwasser aufheizen.

Bereits mit kleiner Speicherleistung kann ein Plus-Energie-Gebäude einen deutlich höheren Anteil an Eigenstromnutzung erzielen. Ein Batteriespeicher mit einem Speichervolumen zwischen 5 und 10 kWh ermöglicht bei optimierter Auslegung Eigenverbrauchsquoten zwischen 50 und 80 %. Dazu sind zwei Akkutypen erhältlich: entweder Blei-Akkus (meist Blei-Gel) oder Lithium-Akkus unterschiedlicher Ausführungen. Die Kosten liegen bei 800 bis 1.500 Euro pro kWh Speicherleistung. Ein Akkutausch wird in wenigen Jahren deutlich günstiger liegen.

Die Kosten pro gespeicherter Kilowattstunde liegen bei etwa 25 Cent. Wird ein Gebäudekonzept realisiert, bei dem ein Anteil von 70 % Eigenstromnutzung erzielt wird und die Batterien mit 50 % dazu beitragen, ergibt sich in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eine durchaus vorteilhafte Kostensituation für den Betrieb des Gebäudes.

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