Wüstenrot Plus-Energiegemeinde bis 2020 - Dr. Dirk Pietruschka - TU Wien
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Wüstenrot Plus-Energiegemeinde bis 2020 Dr. Dirk Pietruschka
Übersicht • Forschungsprojekt EnVisaGe • Weg zur Plusenergiegemeinde • Was wird bis 2020 erreicht • Rückwirkungen auf das Stromnetz • Plusenergie-Mustersiedlung ‚Vordere Viehweide‘ • Kalte Nahwärme mit ‚Agrothermie‘ • Intelligentes Last- und Speichermanagement
Typische Flächengemeinde im ländlichen Raum
Planungsleitfaden
/ Energienutzungsplan
Umsetzungsplan
Effizienzmaßnahmen / Erneuerbare Energien /
SmartGrid + Stromnetzausbau / Finanzierungsmodelle
Energie-Plus-Siedlung ‚Vordere Viehweide‘ Biomasse-Wärmenetz mit
zentraler und dezentraler
innovative Wärmeversorgung,
PV + Stromspeicher
Demonstration Solarwärmeeinspeisung
intelligentes Lastmanagement
Ausbaustrategien Energieeffizienz Ausbaustrategie
erneuerbare Energien
Solarstrom/–wärme,
Strategien
Strategien
Gebäude und
Stromnetz
Smart Grid / intelligentes
Geothermie, Biomasse, Wind Versorgungstechnik Lastmanagement
Bestandsanalyse Partizipation
3D-Stadtmodell, Bedarfsanalyse Wärme und Strom Einbindung der Bürger/-innen
Ausgangssituation
Endendenergieverbrauch nach Sektoren Endenergiebilanz
2012 [MWh/a] 2012 [MWh/a]
140000 139 GWh
140000
117.292 15%
120000 120000
100000 100000
80000 85%
80000
60000 60000
40000 Strom Wärme
40000
19.752 22 GWh
20000 20000
2.068 1.100
0 0
Wohnen öffentliche Wirtschaft Infrastruktur
Gebäude Deckung über HHS, Pellets, Holz
Ertrag PV
Nur 14% des Endenergiebedarfs werden durch erneuerbare
Energien gedeckt!
Was ist zu tun?
Wie kommen wir zur Plus-Energiegemeinde?
Planungsinstrumente:
Ist-Analyse
- Datensammlung und Aufbereitung,
- Ortsbegehungen
- Bürgerbefragung (< 50% Rücklauf)
3D-Stadtmodell
- PV-, Biomasse-, Wind-Potentialanalyse
- Entwicklung von Sanierungsstrategien
für den Bestand
- Visualisierung
- Datenmanagement!
Zielsetzung bis 2020:
- 3% Sanierungsrate pro Jahr ab 2016
- 7% Reduktion des Heizwärmebedarfs
18% der unsanierten Gebäude saniert
Was ist zu tun?
Strategieentwicklung für Ausbau lokaler Stromerzeugung
Beispiel PV-Potenzialanalyse über 3D-Stadtmodell
Installiert 2012: 2,5 MWp (2.350 MWh/a)
Zusätzliches PV Potential: 7.1 MWp (6.800 MWh/a)
Realisierbar bis 2020 ca. 3.5 MWp (3.300 MWh/a)
Investition: ca. 5 Mio. Euro
Was ist zu tun?
Strategieentwicklung für Ausbau lokaler Stromerzeugung
Beispiel geplante Windkraftanlage zwischen Unter- und ober Heimbach
Windenergieanlagen 2 Nordex N-131 mit 134 m Nabenhöhe
Installierte Leistung 6.000 kWel
Mittlere Windgeschwindigkeit 5,75 m/s in 140 m über Grund
Windertrag ca. 13,9 Mio. kWh (p-75-Ertrag)
Investitionsvolumen ca. 10,6 Mio. € (40 % EK)
Kumulierte Ausschüttung ca. 200 % über 20 Jahre
Interner Zinsfuß 5,5 bis 5,7 % über 20 Jahre
2 Nordex N-131 mit 134 m Nabenhöhe (Leistung insges. 6 Mwel.)
Mittlere Windgeschwindigkeit: 5,75 m/s in 140 m über Grund
Potential (p-75-Ertrag): 13.900 MWh/a
Investition: ca. 11 Mio. Euro
Was ist zu tun?
Biomassebasierte Wärmeerzeugung
Biogasanlage: Geringes Potential nur kleine Anlage möglich:
(Grassilage, Pferdemist, Traubentrester, Zuckerrüben, Rindergülle)
Erzeugte Energiemenge: ca. 2.500 MWh/a Strom ca. 1.800 MWh/a nutzbare Wärme
Biomassezentrum Weihenbronn:
18.000 t Hackschnitzel pro Jahr Heizwärmepotential: 50.000 MWh/a
(vorwiegend aus Landschaftspflegeholz und privatem Grünschnitt)
(Waldholz wenig Potential: FSC-Zertifizierung für den Staatswald (>7cm bleibt im Wald)
9
Was ist zu tun?
Ausbau von Wärmenetzen in Wüstenrot
Holzhackschnitzel-Wärmenetz Weihenbronn
Privatkunde Heizzentrale
Versorgung: Rathaus, Bauhof, Feuerwehr und
umliegende Wohngebäude:
- zwei Biomassekessel mit je 120 kW
- zentrale Solarthermieanlage 16 m²
- dezentrale Solarthermieanlage 7 m²
(Einbindung über Privathaus)
- Pufferspeicher 9 m³
Reiner Solarbetrieb im Sommer
20 MWh Solar und 330 MWh Hackschnitzel
40 MWh Heizöl (Spitzenlast)Was ist zu tun? Ausbau von Wärmenetzen in Wüstenrot Wüstenrot Ortsmitte Wüstenrot August-Strobel-Siedlung
Wie setzten wir das um?
Zentrum der Gemeinde Bürgerschaft und Gewerbe
Partizipationsmodelle
Wie aktivieren wir Bürger und Gewerbe zum Mitmachen ?
• Bürger
− Gründung Bürgerenergiegenossenschaft
− Energietage
− Infozentrum Energie / Finazierung
• Gewerbe
Runde
− Umsetzungsprojekte (Team-Haus)
− Einbindung HGV Tische
− Energietage mit…
• Bauherren
• Infogespräche
• Baustellenbesuche
• WanderwochenendeWie setzten wir das um?
Zentrum der Gemeinde Bürgerschaft und Gewerbe
Einbindung der örtlichen Schule
Kinder-Energieprojekt – Kinder gründen Akademien und
pflanzen Bäume gegen die Klimakrise weltweitWas ist zu tun?
Was wird erreicht?
Strombilanz 2020 Wärmebilanz 2020
[MWhEnd/a] [MWh End /a]
30000 120000
Bedarf Infrastruktur 13790
25000 100000 1420
3029 Bedarf Wirtschaft
4,6 GWh Bedarf öff. Gebäude
20000 1800 80000 WP 20 GWh
775
Bedarf Wohnen
5962 Ertrag Biomasse-KWK
15000 60000
648 13900 Ertrag Biogasanlage 99116
Ertrag Windrkraftanl. 50000
10000 40000
Ertrag PV
12314
5000 Deckung über Holzhof 20000 464
5634 Wärmenetz Whbro 17921
0 Ertrag PV 0Was ist zu tun?
Verkraftet das Stromnetz den massiven Ausbau?
Klassischer Lastfluss Möglichkeiten der Leistungsregelung:
- Netzausbau
- Abschaltungen
- Spannungsregelung (regelbare
Ortsnetztrafos, Bereitstellung von
Blindleistung über Wechselrichter)
- Last- und Speichermanagement
Lastfluss bei dezentraler Einspeisung a) Intelligente Steuerung von
regelbaren Verbrauchern z.B.
Wärmepumpen, Stromheizungen,
Prozesse
Demand Site Management (DMS)
b) Integration von dezentralen und
zentralen StromspeichernWas ist zu tun? Ohne Maßnahmen geht es nicht!
zafh.net
Zwischenfazit:
• Auch im ländlichen Raum ist es nicht immer einfach einen Plus-Energiestatus zu
erreichen!
• Ohne die Bürger geht es nicht! Integration in den Prozess notwendig!
• Effizienzmaßnahmen an der Gebäudehülle sind entscheidend für die Zielerreichung
langwieriger Prozess!
• Der Ausbau von Wärmenetzen ist ein wichtiger Schlüssel für eine schnelle
Transformation
Problem: Geringe und sinkende Wärmeabnahmedichten reduzieren die
Wirtschaftlichkeit!
• Das Stromnetz muss mitbetrachtet werden!
- Ausbau, Speicher und intelligentes Last-und Speichermanagement als Kombilösung
17Plusenergie-Siedlung „Vordere Viehweide II“ • 25 Wohngebäude mit hohem Wärmeschutzstandard (KfW 55) • Wärmeversorgung über Wärmepumpen mit Wärmespeicher • Große PV-Anlagen mit 6- 10 kWp (ca. 30 – 50 m²) auf nach Süden geneigten Dachflächen • 6 Gebäude mit Aku-Stromspeicher für intelligentes Lastmanagement
Kalte Nahwärme – Ein innovatives Versorgungskonzept
Kaltwärmenetz mit ‚Agrothermie‘ statt 25-40 Einzel-Erdsonden
Nutzung von Abwärme aus Kühlprozessen (Anschluss REWE Markt geplant)
0.44 ha
1.06 haKaltwärmenetz und Agrothermieflächen Montagetechnik zur thermischen Erschließung des Bodenkörpers Quelle: Doppelacker
Kaltwärmenetz und Agrothermieflächen Montage der Agrothermie-Kollektorflächen in Wüstenrot Kopfgraben Einpflügevorgang Schnittfläche Quelle: Doppelacker
Intelligentes Last- und Speichermanagement
Erhöhung Eigenstromnutzung / Glättung von Lastspitzen
Stromnetzentlastung durch vorausschauende netzgeführte Regelung (Demand-Side-Management)
PV Agrothermie
Agrothermie
Kaltwärmenetz
Stromnetz
Übergabe
Kaltwärmenetz Wärmepumpe Wärmespeicher StromspeicherIntelligentes Lastmanagement
Einbindung in das Virtuelle Kraftwerk von Vattenfall
Optimierung
Virtuelles Kraftwerk Netzauslastung
Server in der Cloud
PV + Stromspeicher
Wärmepumpe
Pufferspeicher
Agrothermie
Prof. Dr.
Kollektoren
Mustermann, 23
01.03.2010Intelligentes Lastmanagement auf Gebäudeebene
Optimierungsziele :
• soviel Eigenverbrauch wie möglich
• sowenig Leistungsspitzen ins Netz wie möglich
Direktes Laden
PV Leistung
4000
Speicherinhalt
3000
W / Wh
2000
Einspeisung
Verbrauch
1000
0
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
Verzögertes Laden bzw. „Peak Shaving“ Speicherinhalt
4000
PV Leistung
3000
W / Wh
2000
Einspeisung
1000
0
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
Zeit
Quelle: Jann Binder, ZSWIntelligentes Lastmanagement auf Gebäudeebene
Modellprädiktive Steuerung (MPC) von elektrischem Speicher und Wärmepumpe
mit Wärmespeicher
• erhöht den Eigenverbrauchsanteil regenerativ erzeugter Energie
• reduziert den Verlust durch Abregelung über dem Einspeiselimit (hier 50% PVpeak)
WP wärmegeführt WP MPC gesteuert
Prozent der gesamten PV
Stromerzeugung [%]
PV = 4500Wp, Batterie = 4500Wh,
Einspeiselimit 2250W (50% der Peakleistung), Wärmeversorgung mit Wärmepumpe, Haushaltgeräte 4500 kWh
B. Matthiss, ZSW, OTTI –Konferenz „zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien“, 29.01 – 30.01.2014, BerlinIntelligentes Lastmanagement
Lokale Optimierung Eigenstromnutzung je Gebäude
Last- und Erzeugungsprofil Fahrplan Batterie
• Wettervorhersage
Optimierung
• Simulation Erzeugung Fahrplan WP
• Statistik Stromlasten
• Nutzerprofile Fahrplan variable Lasten
• Simulation Wärmebedarf (WM, SP, E-Mobil)
Potential verfügbarer
Fahrplan WP + Batterie
Stromsenken
Summen
Generator Virtuelles
Signal
Einzelfahrplan Kraftwerk
Cluster
Übergeordnete Netzoptimierung (Vattenfall)Wo stehen wir heute? - Sieben Wohnhäuser sind fertiggestellt und hängen am Netz JAZ > 4,5 - System zum Monitoring und zur intelligenten Steuerung wird derzeit installiert - Cloud-basierte Lösung mit abgesicherter Datenübertragung hat sich gelohnt - Anschluss REWE steht noch aus!
Vielen Dank!
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