Wüstenrot Plus-Energiegemeinde bis Dr. Dirk Pietruschka

Transkript

1 Wüstenrot Plus-Energiegemeinde bis 2020 Dr. Dirk Pietruschka

2 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

3 Typische Flächengemeinde im ländlichen Raum

4 Planungsleitfaden / Energienutzungsplan Umsetzungsplan Effizienzmaßnahmen / Erneuerbare Energien / SmartGrid + Stromnetzausbau / Finanzierungsmodelle Energie-Plus-Siedlung Vordere Viehweide innovative Wärmeversorgung, PV + Stromspeicher intelligentes Lastmanagement Demonstration Biomasse-Wärmenetz mit zentraler und dezentraler Solarwärmeeinspeisung Ausbaustrategien erneuerbare Energien Solarstrom/ wärme, Geothermie, Biomasse, Wind Energieeffizienz Strategien Strategien Gebäude und Versorgungstechnik Ausbaustrategie Stromnetz Smart Grid / intelligentes Lastmanagement Bestandsanalyse 3D-Stadtmodell, Bedarfsanalyse Wärme und Strom Partizipation Einbindung der Bürger/-innen

5 Ausgangssituation Endendenergieverbrauch nach Sektoren 2012 [MWh/a] Endenergiebilanz 2012 [MWh/a] Wohnen öffentliche Gebäude Wirtschaft 85% Strom 15% Wärme Infrastruktur 139 GWh GWh Deckung über HHS, Pellets, Holz Ertrag PV Nur 14% des Endenergiebedarfs werden durch erneuerbare Energien gedeckt!

6 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 % Reduktion des Heizwärmebedarfs 18% der unsanierten Gebäude saniert

7 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

8 Was ist zu tun? Strategieentwicklung für Ausbau lokaler Stromerzeugung Beispiel geplante Windkraftanlage zwischen Unter- und ober Heimbach Windenergieanlagen Installierte Leistung Mittlere Windgeschwindigkeit Windertrag Investitionsvolumen Kumulierte Ausschüttung Interner Zinsfuß 2 Nordex N-131 mit 134 m Nabenhöhe kwel 5,75 m/s in 140 m über Grund ca. 13,9 Mio. kwh (p-75-ertrag) ca. 10,6 Mio. (40 % EK) ca. 200 % über 20 Jahre 5,5 bis 5,7 % über 20 Jahre 2 Nordex N-131 mit 134 m Nabenhöhe (Leistung insges. 6 Mw el. ) Mittlere Windgeschwindigkeit: 5,75 m/s in 140 m über Grund Potential (p-75-ertrag): MWh/a Investition: ca. 11 Mio. Euro

9 Was ist zu tun? Biomassebasierte Wärmeerzeugung Biogasanlage: Geringes Potential nur kleine Anlage möglich: (Grassilage, Pferdemist, Traubentrester, Zuckerrüben, Rindergülle) Erzeugte Energiemenge: ca MWh/a Strom ca MWh/a nutzbare Wärme Biomassezentrum Weihenbronn: t Hackschnitzel pro Jahr Heizwärmepotential: MWh/a (vorwiegend aus Landschaftspflegeholz und privatem Grünschnitt) (Waldholz wenig Potential: FSC-Zertifizierung für den Staatswald (>7cm bleibt im Wald) 9

10 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 Holzhackschnitzel-Wärmenetz Weihenbronn Privatkunde Heizzentrale

11 Was ist zu tun? Ausbau von Wärmenetzen in Wüstenrot Wüstenrot Ortsmitte Wüstenrot August-Strobel-Siedlung

12 Wie setzten wir das um? Zentrum der Gemeinde Bürgerschaft und Gewerbe Partizipationsmodelle Wie aktivieren wir Bürger und Gewerbe zum Mitmachen? Bürger Gewerbe Gründung Bürgerenergiegenossenschaft Energietage Infozentrum Energie / Finazierung Umsetzungsprojekte (Team-Haus) Einbindung HGV Energietage Bauherren Infogespräche Baustellenbesuche Wanderwochenende Runde Tische mit

13 Wie 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 weltweit

14 Was ist zu tun? Was wird erreicht? Strombilanz 2020 [MWh End /a] Wärmebilanz 2020 [MWh End /a] ,6 GWh Bedarf Infrastruktur Bedarf Wirtschaft Bedarf öff. Gebäude Bedarf Wohnen WP 20 GWh Ertrag Biomasse-KWK Ertrag Biogasanlage Ertrag Windrkraftanl Ertrag PV Deckung über Holzhof Wärmenetz Whbro Ertrag PV 0

15 Was 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 Stromspeichern

16 Was ist zu tun? Ohne Maßnahmen geht es nicht!

17 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 17

18 Plusenergie-Siedlung Vordere Viehweide II 25 Wohngebäude mit hohem Wärmeschutzstandard (KfW 55) Wärmeversorgung über Wärmepumpen mit Wärmespeicher Große PV-Anlagen mit 6-10 kwp (ca m²) auf nach Süden geneigten Dachflächen 6 Gebäude mit Aku-Stromspeicher für intelligentes Lastmanagement

19 Kalte Nahwärme Ein innovatives Versorgungskonzept Kaltwärmenetz mit Agrothermie statt Einzel-Erdsonden Nutzung von Abwärme aus Kühlprozessen (Anschluss REWE Markt geplant) 0.44 ha 1.06 ha

20 Kaltwärmenetz und Agrothermieflächen Montagetechnik zur thermischen Erschließung des Bodenkörpers Quelle: Doppelacker

21 Kaltwärmenetz und Agrothermieflächen Montage der Agrothermie-Kollektorflächen in Wüstenrot Kopfgraben Einpflügevorgang Schnittfläche Quelle: Doppelacker

22 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 Stromspeicher

23 Intelligentes Lastmanagement Einbindung in das Virtuelle Kraftwerk von Vattenfall Virtuelles Kraftwerk Optimierung Netzauslastung Server in der Cloud PV + Stromspeicher Wärmepumpe Pufferspeicher Prof. Dr. Mustermann, Agrothermie Kollektoren 23

24 Intelligentes Lastmanagement auf Gebäudeebene Optimierungsziele : soviel Eigenverbrauch wie möglich sowenig Leistungsspitzen ins Netz wie möglich Direktes Laden W / Wh Speicherinhalt Einspeisung Verbrauch PV Leistung 0 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Verzögertes Laden bzw. Peak Shaving Speicherinhalt W / Wh PV Leistung Einspeisung 0 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Zeit Quelle: Jann Binder, ZSW

25 Intelligentes 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% PV peak ) 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, , Berlin

26 Intelligentes Lastmanagement Lokale Optimierung Eigenstromnutzung je Gebäude Last- und Erzeugungsprofil Wettervorhersage Simulation Erzeugung Statistik Stromlasten Nutzerprofile Simulation Wärmebedarf Fahrplan WP + Batterie Optimierung Fahrplan Batterie Fahrplan WP Fahrplan variable Lasten (WM, SP, E-Mobil) Potential verfügbarer Stromsenken Generator Einzelfahrplan Virtuelles Kraftwerk Summen Signal Cluster Übergeordnete Netzoptimierung (Vattenfall)

27 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!

28 Vielen Dank!