Smart Buildings im Smart Grid - Gebäude und Stadtquartiere als Kraftwerke-

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1 Institut für Gebäude- und Solartechnik Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig Smart Buildings im Smart Grid - Gebäude und Stadtquartiere als Kraftwerke- Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch IGS-TU Braunschweig / EGSplan, Stuttgart /5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 1

2 Energieversorgung Heute zentral Megawatt Kraftwerke Mobilität! flexibel? zukunftsfähig? 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 2

3 Smart Grids dynamisch Übermorgen? Smart Homes Virtuelle Kraftwerke Smart Buildings E- Mobilität 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 3

4 Deutschlands neue Energiepolitik Nationales Energiekonzept (2010) Energiewende (2011) Klare Zielsetzungen bis Kulturwende 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 4

5 Energiekonzept der BRD Ziele bis 2050 Änderung [%] Elektrischer Strombedarf Erneuerbare Energien Primärenergiebedarf > Halbierung! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 5

6 power plant capacities (D) today future 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 6

7 was bewegt uns in Forschung und Praxis? - Ganzheitliche nachhaltige Sanierung von Stadtquartieren - Energetische Betriebsoptimierung Gebäude auf dem Teststand - Netto - Plusenergie- Gebäude - Klimaneutrale Wohn- und Industriequartiere - Export: Energieeffizienz + Nutzung Erneuerbarer Energien Made in Germany 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 7

8 Ziel: 40 % CO2- Einsparung bis /5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 8

9 EnergiePLUS Gebäude der Zukunft? Nicht nur Dämmen sondern optimieren zwischen Reduzieren und Erzeugen (aus EE) Stromhaus 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 9

10 EnergiePLUS Passivhaus >> Fokus auf Heizen - zu dogmatisch Aktivhaus >> Gesamtansatz - höhere Flexibilität Energieautarke Gebäude nein! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 10

11 Aktivhaus EnergiePLUS? EnergiePLUS guter Wärmeschutz kontrollierte Lüftung Stromerzeugende Gebäudehülle 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 11

12 Smart Buildings im Smart Grid Solarthermie muss kämpfen! PV + Wärmepumpe das Heizsystem der Zukunft! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 12

13 EnergiePLUS Entwicklung der Systemkosten Faktor 2 Faktor 8 Quelle: 2010\SYSCOST1.XLS 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 13

14 Erfolgsstory Photovoltaik 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 14

15 EnergiePLUS Wir gehen einer E- Gesellschaft entgegen! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 15

16 Die Zukunft ist schon heute EnergiePLUS- Gebäude gibt es bereits! Haus Berghalde, Stuttgart, Architekten: Berschneider+Berschneider SOLON Headquarters Berlin, Architekten: HSF, Berlin SMA Solar Academy, Architekten: HHS, Kassel 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 16

17 . endlich fertig! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 17

18 Aktivhaus - EnergiePLUS Das Gebäude als Kraftwerk 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 18

19 . Netto- Plusenergie? Jahresbilanz: Vom Energie verbrauchenden zum erzeugenden Gebäude Eigenstromanteil > 30 % Lebenszyklus: Energierückflusszeit kleiner Nutzungsdauer Gebäude 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 19

20 über dem Lebenszyklus EnergiePlus Plus- Energie Haus 40 Primärenergie Bau Graue Energie Passiv- Haus EnEV - Standard 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 20

21 . SMA Solar Academy, Kassel Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das TU-Logo der Kopfzeile einsetzen HHS- architects, Kassel Energy Design, Braunschweig 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 21

22 Integrales Energiekonzept Solar Academy SMA, Kassel (2010) ca kwp,el 60 Platzhalter 30für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das TU-Logo der Kopfzeile einsetzen Training center Current demand cooling ca. 70 kwel ca. 230 kwh heating PV profit grid battery Petroleum gas / biogas Ground water 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 22

23 ... Gebäudeintegrierte PV 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 23

24 Die Zukunft ist heute! Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das TU-Logo der Kopfzeile einsetzen 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 24

25 Netto-Plusenergie Wohnhaus Berghalde 2008 Idee/ Entwurf 2009 Umsetzung Seit 2010 Nutzung + Monitoring 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 25

26 Ca kwh/a 170 % 100 % Ca kwh/a 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 26

27 Was kostet die Einsparung / Erzeugung einer kwh/a? Investition zur Einsparung einer Kilowattstunde [ / (kwh P a)] 3,50 3,00 2,50 Investition PV-Anlage wirtschaftlicher als Verbesserung der Gebäudehülle Was kostet die Einsparung einer kwh P...? Zusätzliche Kosten der baulichen Maßnahmen je eingesparter kwh P /a mit Bezug auf Variante 1 2,00 1,50 1,00 0,50 PV Maßnahmen Gebäudehülle wirtschaftlicher als PV-Anlage! Kosten der Errichtung einer PV-Anlage je äquivalenter kwh PE /a 0, ,0 cm 14,0 cm 18,0 cm 22,0 cm 26,0 cm Ug=1,4 Ug=1,2 Ug=1,1 Ug=0,9 Ug=0,6 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 27

28 Investitionskosten Energiepreis.. Solarthermie PV: Euro/kWP Ca kwh/kwp ct/kwhstrom 5-7 ct/kwh ct/kwhw 24 ct/kwhstrom Öl / Gas: 6 bis 8 ct/kwh 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 28

29 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 29

30 Strom- Management Batterien und Wechselrichter Elektro- PkW - Ladestation 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 30

31 Steigerung Anteil Eigenstromnutzung Eigenstrom-Nutzungsanteil %..Stromlast- Management Speicher E-Mobilität Wärmepumpe Haushaltsgeräte Maßnahmen 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 31

32 Jahres-Stromverbrauch 2011 ohne MSR 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 32

33 Gesamtstromverbrauch 2011 nach Kategorien (1) 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 33

34 Solare Eigenstromnutzung und solare Deckungsanteile (Januar November, 2011 zu 2012) Stromproduktion Stromverbrauch 32% 52% Auswertung Jan-Okt 12 Seite 34

35 PV-Stromertrag und Stromverbrauch 2011/2012 (monatlich) Überschuss Defizit 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 35

36 EnergiePLUS bei Nacht! 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 36

37 Mehrfamilienhäuser EnergiePLUS 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 37

38 PlusEnergie- Wohnhaus Riedberg Nassauische Heimstätte, Frankfurt MFH mit 20 WE ca m2wfl 82 kwp 15 kwp PV- gesamt: ca. 97 kwp ca kwh/a rd. 52 kwh/(m2wfl a) rd kwh/we/a HHS Planer + Architekten, Kassel 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 38

39 MFH 74 WE, ca m2 Aktiv-Stadthaus, Frankfurt ABG, Frankfurt 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 39

40 Energiekonzept PV- gesamt : ca. 300 kwp ca kwh/a rd. 41 kwh/(m2wfl a) rd kwh/we/a Photovoltaik ca. 300 kwp Abwasser Wärmepumpe Stromnetz 12/5/12 Univ. Prof. STZ Dr.-Ing.. M. Norbert Fisch. Aktiv-Stadthaus Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite

41 Neubau Gymnasium Neumarkt /Oberpfalz 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 41

42 PV PVSchule PVTurnhalle 455 kwp 175 kwp 100 kwh (5 x 20kWh) ca. 25 kwh/m²a ca. 12 kwh/m²a Nutzwärmebedarf Schule (Heizung) PVGesamt PV Gas 330 kwth (30%) 630 kwp 390 kwh (3 x 10kW) WP 80 kwth (70%) 50 Erdsonden ca. 24 m aktivierte Länge (1.200 m) Thermisch aktivierte Bohrpfähle (Energie-Pfähle) (1.020m) Gesamtenergiekosten / a* (Heizung, WW, Lüftung, Beleuchtung, Ausstattung, EDV Kühlung) /a 0,37 / m²bgfa *mittlere Kosten über 20 Jahre, 4% Preissteigerung Neubau des Willibald-Gluck-Gymnasiums Neumarkt i.d. OPf EGS-plan 42 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 42 1,1 kwh/m²a 4,5 kwh/m²a 12,7 kwh/m²a Endenergiebedarf Gas (Heizung gesamt + WW Turnhalle) Endenergiebedarf Strom Primärenergiebedarf (Heizung + WW) Primärenergiefaktor Gas: 1,1 / Strom 2,6 SW Neumarkt Gasnetz

43 ...einfach Machen in Planung Green Building- Theorie und Praxis Smart City - Weststadt Esslingen 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 43

44 Leuchtturmprojekt Esslingen smart city smart grid Esslingen Neue Weststadt /5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 44

45 Smart City - Weststadt Esslingen 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 45

46 Smart City - Weststadt Esslingen Wohnen/ Büro: 70/30 Ca Einwohner 12/5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 46

47 Smart City "Neue Weststadt Stromerzeugung Ø Ø PV BHKW Esslingen" Energiemanagement Ø Ø Verbraucher steuern (Haushalt, Gewerbe) Zu- und Abschaltung von Wärmeerzeugern je nach Lastanforderung im Stromnetz o o Wärmepumpe mit Wärmespeicher BHKW mit Wärmespeicher Speicherung Ø Ø Ø Ø Ø Therm. Speicher (Gebäude) Stromspeicher (stationäre Batterien) Batterien für Fahrzeuge Elektrolyse (H2) Methanisierung (CH4) EGS-plan. Neue Weststadt Esslingen

48 EnergiePLUS Gebäude und Quartiere als erneuerbare Energiequellen Herzlichen Dank! Buch Neuerscheinung Mitte September /5/12 Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Fossile vs. Erneuerbare Energiesysteme Seite 48

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