{"id":815113,"date":"2025-03-17T15:24:47","date_gmt":"2025-03-17T14:24:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.albinfo.ch\/?p=815113"},"modified":"2025-03-17T15:24:47","modified_gmt":"2025-03-17T14:24:47","slug":"so-werden-stromnetze-flexibler-und-stabiler-wenn-das-gebaeude-den-energiehaushalt-plant","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.albinfo.at\/de\/so-werden-stromnetze-flexibler-und-stabiler-wenn-das-gebaeude-den-energiehaushalt-plant\/","title":{"rendered":"So werden Stromnetze flexibler und stabiler: Wenn das Geb\u00e4ude den Energiehaushalt plant"},"content":{"rendered":"
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Um die Versorgungssicherheit unseres k\u00fcnftigen Energiesystems zu gew\u00e4hrleisten, braucht es nicht nur einen Ausbau erneuerbarer Energien, sondern auch ausgekl\u00fcgelte Kontrollmechanismen, die Produktion, Einspeisung und Verbrauch effizient steuern. Empa-Forschende haben deshalb einen vorausschauenden Kontrollalgorithmus entwickelt, der das Energiemanagement auf Ebene des Geb\u00e4udes optimiert \u2013 ohne dabei den Komfort der Nutzer einzuschr\u00e4nken.<\/strong><\/p>\n

Mit zunehmender Nachfrage nach erneuerbarer Energien steigt auch die Bedeutung von Geb\u00e4uden, wenn es darum geht, ein nachhaltiges Energiesystem zu entwerfen. Wo Photovoltaik-Anlagen ihr Potenzial im kleinen Rahmen \u2013 f\u00fcr ein Einfamilienhaus etwa \u2013 l\u00e4ngst bewiesen haben, stellen sich immer noch gewisse Fragen, wenn es um die Versorgungssicherheit unseres Gesamtenergiesystems geht. Reichen die Potenziale erneuerbarer Energien wirklich aus, um \u00fcber das ganze Jahr hinweg gen\u00fcgend Energie zu haben? Oder droht uns pl\u00f6tzlich wieder eine Energiemangellage wie im Winter 2023? Das prim\u00e4re Problem ist dabei jedoch nicht die Produktion erneuerbarer Energie, sondern die Logistik in Zusammenhang mit unserem Verteilsystem. Dieses war bislang auf Produktionsanlagen ausgerichtet, die permanent eine gewisse Menge Energie ins Stromnetz einspeisen.\u00a0<\/b>Damit wir unseren Energiebedarf k\u00fcnftig durch erneuerbare Quellen decken k\u00f6nnen, braucht es also sowohl einen Ausbau der Produktionsanlagen als auch smarte Technologien, die fortw\u00e4hrend die Netzstabilit\u00e4t gew\u00e4hrleisten. Denn im Gegensatz zu traditionellen Energietr\u00e4gern wie Kohle oder Uran, produziert eine Solaranlage eben nicht durchgehend die gleiche Menge Strom: Sie unterliegt den Wetterbedingungen und vor allem dem Tag-Nacht-Rhythmus. Einerseits muss also der Energiebedarf dann minimiert werden, wenn die Produktion gering ist \u2013 etwa nachts \u2013 andererseits m\u00fcssen sogenannte Produktionsspitzen lokal verbraucht werden, um das Stromnetz nicht zu \u00fcberladen.<\/p>\n

Um diese komplexe Logistik bew\u00e4ltigen zu k\u00f6nnen, bieten sich automatisierte Systeme an. Diese k\u00f6nnen auf der Basis von lokaler Produktion, den vorhandenen Speichermedien und der Verf\u00fcgbarkeit im Netz den Stromverbrauch dahingehend optimieren, dass sowohl Netzstabilit\u00e4t als auch Flexibilit\u00e4t der Verbraucher stets gew\u00e4hrleistet sind. Heisst konkret: Durch die vorausschauende Energieplanung stellt das Geb\u00e4udesystem sicher, dass ich auch dann heiss duschen oder kochen kann, wenn gerade zu wenig Strom produziert wird, um den tats\u00e4chlichen Bedarf zu decken. Gleichzeitig wird \u00fcberproduzierte Energie nicht zwangsl\u00e4ufig lokal gespeichert, sondern nach M\u00f6glichkeit ins Stromnetz eingespeist, so dass die Nachfrage jederzeit gedeckt werden kann.<\/p>\n

Von der Theorie in die Praxis: der Test im NEST<\/b><\/p>\n

Um zu demonstrieren, dass solch automatisierten Systeme praxistauglich sind, haben Forschende der Abteilung \u00abUrban Energy Systems\u00bb der Empa im NEST untersucht, inwiefern ein bewohntes Geb\u00e4ude verschiedene flexible Nachfragekriterien unter einem Dach vereinen kann. Im Fokus standen dabei die Reduktion der CO2-Emissionen, die Flexibilit\u00e4t der Energienachfrage sowie der Komfort der Bewohner. Mittels eines pr\u00e4diktiven Kontrollalgorithmus gelang es dem Team, das Energiemanagement innerhalb des Geb\u00e4udes mit folgendem Setup zu optimieren: einer Photovoltaik-Anlage zur Stromproduktion, einem Batteriespeicher, einer W\u00e4rmepumpe sowie einer bidirektionalen Ladestation f\u00fcr e-Fahrzeuge. Oberstes Ziel war es, die CO2-Emissionen w\u00e4hrend des Betriebs zu minimieren \u2013 und zwar indem Strom vom Netz bevorzugt dann bezogen wurde, wenn er aus erneuerbaren Quellen verf\u00fcgbar war. Zudem waren Mindesttemperaturen f\u00fcr die Innenr\u00e4ume und den Warmwasserspeicher vorgegeben. \u00dcber das Verhalten der Bewohner lernte der Algorithmus in kurzer Zeit, Nutzerflexibilit\u00e4t und Energieaustausch mit dem Stromnetz zu optimieren.<\/p>\n

Das Geb\u00e4ude als Akteur im Energiesystem<\/b><\/p>\n

Zun\u00e4chst konnten die Forschenden zeigen, dass ihr System den CO2-Ausstoss des Geb\u00e4udes um mehr als 10 Prozent senken konnte. Mindestens genauso wichtig war die Erkenntnis, dass das Geb\u00e4ude in der Lage war, vorausschauend zu kommunizieren, wann es wieviel Strom vom Netz beziehen bzw. in dieses einspeisen kann. Dies ist vor allem dann relevant, wenn zu Spitzenzeiten (zu) viel Strom produziert oder nachgefragt wird. Das Experiment hat also gezeigt, dass die flexible Verf\u00fcgbarkeit erneuerbarer Energien nicht a priori ein Problem darstellt. Allerdings sind unter diesen Umst\u00e4nden verl\u00e4ssliche Angaben zur Nachfrage und eine vorausschauende Planung essenziell \u2013 zwei Aufgaben, die ein selbstlernender Algorithmus besser und konsistenter bew\u00e4ltigen kann, als es ein Mensch je k\u00f6nnte.<\/p>\n

Um die Ergebnisse in entsprechenden Anwendungen skalierbar zu machen, m\u00fcssen Geb\u00e4ude daher k\u00fcnftig konsequent digitalisiert werden. Damit die daf\u00fcr notwendige IT-Infrastruktur aber nicht selbst wieder grosse Mengen an CO2 verursacht, hat sich Empa-Forscher Hanmin Cai bereits in einer anderen Studie mit dem Einsatz wiederverwendeter Hardware, namentlich alter Smartphones, f\u00fcr die Geb\u00e4udeautomation auseinandergesetzt.<\/p>\n

Via Start-up in den Markt: Technologietransfer \u00abmade by Empa\u00bb<\/b><\/p>\n

Bereits heute arbeiten Cai und seine Kollegin, Federica Bellizio, daran, ihre Technologie im Rahmen des Start-ups \u00abKuafu\u00bb auf den Markt zu bringen. Bellizio wurde erst k\u00fcrzlich mit dem \u00abEmpa Entrepreneur Fellowship\u00bb ausgezeichnet, ein Stipendium f\u00fcr Forschende, die ihr eigenes Unternehmen gr\u00fcnden wollen. Mit ihrem datengetriebenen System wollen sie eine Br\u00fcckenfunktion zwischen Netzbetreibern und Energieanbietern einnehmen und so ganz konkret zu Energieoptimierung und Dekarbonisierung im Geb\u00e4udebereich sowie in der Elektromobilit\u00e4t beitragen.<\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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