Sektorkopplung

Der im Zuge der Energiewende immer weiter steigende Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamtversorgung bedeutet für Netzbetreiber und Energieversorger eine große Herausforderung. Die starken Schwankungen von Wind- und Photovoltaikstrom bewirken, dass phasenweise der Strombedarf die Produktion deutlich übersteigt, in anderen Phasen wiederum so deutlich darunter liegt, dass Kraftwerke abgeschaltet werden müssen. Durch thermische, chemische oder elektrische Energiespeicherung und anschließende Nutzung in den Verbrauchssektoren Wärme, Kälte und Mobilität wird das Stromnetz entlastet und der Anteil an nutzbarer erneuerbarer Energie insgesamt erhöht. So helfen Überschüsse aus der erneuerbaren Stromerzeugung dabei, die Verbrauchssektoren zu dekarbonisieren.

Wesentliche Schwerpunkte unserer Arbeiten sind dabei:

  • Erstellung von Energiekonzepten mit erneuerbaren Energien und Speicherung von Wärme und Strom, im Bereich Wärme bis hin zu saisonaler Speicherung
  • Simulation elektrischer Verteilnetze
  • Charakterisierung und Prognostizierung elektrischer Erzeuger und Verbraucher
  • Modellierung von Smart-Grid-Komponenten (z. B. Umrichter, Batterien)
  • Nichtinvasive Analyse von Photovoltaikanlagen
  • Plausibilisierung, Management und Visualisierung großer Datenmengen und Zeitreihen
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Ansprechpartner:

Intelligente Netze:
Christoph Stegner
Bismarckstraße 28
95028 Hof
Tel.: +49 89 329442-961
Fax: +49 89 329442-12
christoph.stegner@zae-bayern.de
Flexible Sektorkopplung mit Speichern:
Christoph Rathgeber
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Tel.: +49 89 329442-88
Fax: +49 89 329442-12
christoph.rathgeber@zae-bayern.de


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Referenzprojekte

InEs – Innovatives Energieversorgungssystem für ein gewerbliches Quartier im Wandel

Winterling-Areal, Luftaufnahme

Im Forschungsprojekt InEs plant das ZAE zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, dem gKU Winterling Immobilien, dem Institut für Wasser- und Energiemanagement der Hochschule Hof und dem Institut für Energie- und Wettbewerbsrecht in der kommunalen Wirtschaft e. V. an der Humboldt Universität zu Berlin ein innovatives Energieversorgungssystem für ein gewerbliches Quartier im Wandel. Dazu wird, unter Einbezug angrenzender Firmen, ein auf den Standort, eine frühere Porzellanfabrik in Schwarzenbach a. d. Saale, zugeschnittenes, vernetztes Versorgungskonzept mit gemeinsamer Wärme- und Speichernutzung entwickelt.

Ein städtebaulicher Master- und Entwicklungsplan zur künftigen Nutzung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche und einem großen Fabrikkomplex sowie Nebengebäuden mit insgesamt mehr als 40.000 m² Bruttogeschoßfläche liegt bereits vor: Nach erfolgreicher Sanierung der Industriebrache soll das Hauptgebäude, aufgeteilt in hochwertige Nutzungseinheiten und mit einem hohen Anteil lokaler, erneuerbarer Energie versorgt, vermietet werden.

In der ersten Phase des Projekts, die sich der Planung widmet, wird unter anderem die Nutzung eines Kellergeschosses als saisonaler Warmwasserspeicher und die Integration lokaler Stromquellen wie konventioneller und organischer Photovoltaik oder Kleinwindkraftanlagen untersucht. Eine vergleichende Ökobilanzierung setzt die Umweltauswirkungen des Vorhabens in Verhältnis zum Neubau eines entsprechenden Gebäudekomplexes, während die energierechtliche Betrachtung der Anwendungen und Betriebsstrategien den interdisziplinären Ansatz des Projekts abrundet.

Projektleitung: Gloria Streib, gloria.streib@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 08.2021–02.2024
Website: https://ines-winterlingareal.de/

Smart Grid Solar

Testzentrum Arzberg

Das durch Bayerische und Europäische (EFRE-) Mittel geförderte Projekt war zugleich der Startschuss für die Außenstelle des ZAE in Hof und das Freiflächentestzentrum in Arzberg. Koordiniert durch das ZAE sollten, mit mehreren Partnern aus Wissenschaft und Industrie, Methoden und Technologien entwickelt werden, die eine Erhöhung des erneuerbaren Stromanteils (insbesondere aus Photovoltaik) am bayerischen Erzeugungsmix bewirken und eine nachhaltige Überführung in eine erneuerbare Vollversorgung ermöglichen würden. Dazu wurden Ortsnetzstationen vermessen und in angrenzenden Haushalten ca. 80 Smart-Meter installiert. So gewann das Projektteam einen tiefen Einblick in zwei Niederspannungsnetze mit hoher Durchdringung von PV-Anlagen, der hinsichtlich seiner Granularität und zeitlichen Auflösung bis dahin beispiellos war.

Mit dem Testzentrum Arzberg wurde eine Plattform geschaffen, die Tests an Technologieträgern unterschiedlicher Entwicklungsreife unter messtechnischen Laborbedingungen erlauben, die gleichzeitig in ein reales Verteilnetz eingebunden sind. Damit schließt es dort an, wo Hardware-in-the-Loop-Tests an ihre Grenzen stoßen.

Die Komponenten, die während Smart Grid Solar so getestet wurden, umfassten zwei Großbatterien (mit Blei-Akkumulatoren und als Vanadium-Redox-Flow-Variante) als Quartierspeicher, verschiedene Photovoltaiktechnologien mit insgesamt 45 kW Nennleistung sowie, während der aktivsten Projektphase, einen vollständigen Wasserstoffkreislauf aus PEM-Elektrolyseur, LOHC-Speicher und Brennstoffzelle.

Projektleitung: Christoph Stegner, christoph.stegner@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 2013–2017
Website: http://sgs.zae-bayern.de/