Fraunhofer ITWM Drehscheibe für Energie

Die Wassersiedlung im Norden von Amsterdam ist seit September 2019 komplett.
Die Wassersiedlung im Norden von Amsterdam ist seit September 2019 komplett.

Die schwimmenden Häuser von Amsterdam werden zu einem goßen Teil mit eigener regenerativer Energie versorgt. Ermöglicht wird das durch das modulare Energiemanagementsystem des Fraunhofer ITWM, das die Photovoltaikanlagen und Speichersysteme und sogar die E-Autos der Bewohner intelligent koppelt.

Über 2.000 Hausboote liegen in Amsterdams Kanalsystem, den sogenannten Grachten, und verfügen neben einem Wasser- auch über einem Stromanschluss. Doch nun wurde aufgerüstet. In einer Art »Hausboote 2.0« hat Amsterdam eine neue Siedlung geschaffen: Sie besteht aus 30 schwimmenden Häusern, die sich über ein ausgeklügeltes System zum großen Teil selbst mit regenerativer Energie versorgen. Für wolkenverhangene Tage hat der Netzbetreiber einen einzigen, gemeinsam genutzten schmalen Netzanschluss bis zum Quartier legen lassen.

Energiemanagementsystem für Energiegemeinschaften

Möglich wird die Stromversorgung durch das Energiemanagementsystem, das vom Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und weiterern Partnern im ERA-Net-Smart Grids Plus-Projekt »Grid-Friends« entwickelt wurde. »Wir haben unser bereits existierendes Energiemanagement für einzelne Häuser zu einem Energiemanagementsystem für ganze Energiegemeinschaften weiterentwickelt«, erläutert Projektleiter Matthias Klein. »Das System steuert Photovoltaik-Anlagen ebenso wie Wärmepumpen, füllt die Batteriespeicher, sorgt für geladene Akkus in den Elektroautos und unterstützt somit auch die Sektorenkopplung.« Keine einfache Angelegenheit, denn auch an dunklen Tagen muss jederzeit genug Energie für alle zur Verfügung stehen, ohne dass es zu einer Überlastung des gemeinsamen Netzanschlusses kommt.

Das Energiemanagement ist modular aufgebaut und dient als eine Art »Drehscheibe für Energie«: Zu jedem Zeitpunkt analysert es, wo die Energie benötigt wird wo nicht. Hierbei funktionieren die in den Häusern installierten Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen und Energiespeicher im Amsterdamer Quartier wie ein einziges großes System. Wenn zum Beispiel die Bewohner des Hauses A im Urlaub sind und die Bewohner des Hauses B gerade eine Party feiern und derzeit einen erhöhten Strombedarf haben, fließt die Energie der Photovoltaikanlage unter anderem aus Haus A in Haus B. Auf diese Weise muss möglichst wenig Strom vom Netzbetreiber verwendet werden. Sobald es draußen dunkel ist und die Anlage keinen Strom erzeugt, greift das System stattdessen auf die Energiespeicher zu – und das ebenfalls häuserübergreifend.

Smarte Steuerung der Energiespeicher

Das Managementsystem verleiht jedem Modul seine ganz eigene Intelligenz, was die smarte Steuerung der Energiespeicher ermöglicht – zum Beispiel können die Photovoltaikanlagen unter Volllast betrieben werden. Eigentlich dürfen Photovoltaikanlagen per Gesetz nicht ihre maximale Leistung ins Netz einspeisen, sondern müssen bei starkem Sonnenschein abgeregelt werden – ansonsten würde das Netz überlastet. Gerade dann also, wenn die Sonne vom Himmel knallt und die Module viel Strom erzeugen könnten, müssen sie gedrosselt werden. Mit Hilfe des Energiemanagementsystems ist das nicht nötig: Der Anteil des Stroms, den die Netzbetreiber nicht abnehmen, fließt in die Speicher und kann später genutzt werden.

Zusätzlich verbessert ein Prognosemodell die Effizienz der Stromspeicherung. Es prognostiziert anhand der Wettervorhersage, wie viel Energie in den kommenden Stunden aus den Photovoltaikanlagen zu erwarten ist und wie hoch der voraussichtliche Wärmeverbrauch sein wird, und steuert die Speicherung anhand der Ergebnisse. Scheint die Sonne beispielsweise vormittags noch verhalten, laufen die Anlagen nicht unter Volllast. Soll es nachmittags dagegen aufklaren, so dass die Anlagen gedrosselt werden müssten, verschiebt das Energiemanagementsystem die Energiespeicherung stattdessen auf den Nachmittag. Die Speicher werden hier also nicht mit der ersten produzierten Kilowattstunde geladen – wie es üblicherweise der Fall wäre – sondern erst nachmittags. Bis abends sind die Speicher trotzdem voll. Es geht keine Energie verloren.

Laden der Elektroautos

Auch Elektroautos der Bewohner müssen mit Energie zu versorgt werden – und zwar vorzugsweise zu Zeiten, in denen die Photovoltaikanlagen ausreichend Strom produzieren. Nichtsdestotrotz möchte niemand vor einem Auto mit leerem Akku stehen. »Die Bewohner können über eine App mit einem Klick angeben, welchen Mindestladezustand sie derzeit für ihr Auto wünschen«, sagt Klein. Für eine Fahrt zum Supermarkt wählt der Nutzer zum Beispiel 50 Prozent und schließt sein Auto an. Anschließend lädt das System die Batterie bis auf den gewünschten Wert auf – notfalls auch mit Strom vom Netz. Scheint die Sonne, fährt es über diesen Wert hinaus mit der Aufladung fort. Herrscht jedoch Energieflaute, verschiebt das System die weitere Aufladung auf später. Das hat gleich zwei Vorteile: Zum einen steigt die Eigenversorgung mit Energie, zum anderen tangieren die Aufladungen, die über den nötigen Wert hinausgehen, den Netzbetreiber nicht – das Energienetz wird stark entlastet.

Nicht nur für große Siedlungen interessant

Die Module können auch einzeln verwendet und auf den jeweils gewünschten Anwendungsfall zugeschnitten werden. »Es gibt bereits 60 bis 70 dauerhafte Installationen unseres Systems – vom einzelnen Privathaushalt über Kantinen und ganze Betriebe bis hin zu einer Kläranlage. Während das System in Amsterdam Leistungsspitzen bis zu 250 KW verschiebt, steuert es in der Industrie bislang 150 KW an«, erläutert Klein. Vertrieben wird das System seit Anfang 2019 über die Wendeware AG, einem Spin-off des Fraunhofer ITWM.