ENERGIEWENDE

Lösungen für die Energiewende

Im nordhessischen Wolfhagen hat die Zukunft der Energiewende bereits  begonnen. Im Rahmen eines Modellvorhabens wurde dort ein Einfamilienhaus mit wegweisender Gebäudetechnik ausgestattet und mit der lokalen  Ökostromerzeugung verbunden.

 

Rund 30 Kilometer westlich von Kassel liegt Wolfhagen. 13.500 Einwohner, im Zentrum eine gotische Kirche aus dem 13. Jahrhundert und zahl-reiche Fachwerkhäuser: eine beschauliche, typische deutsche Kleinstadt. Besucher, die genauer hinsehen, können dennoch Anzeichen dafür finden, dass diese Gemeinde ein Labor der Energiewende ist. Da sind die Stromtankstelle am Rathaus, der große Photovoltaik-Park (PV-Park) unweit des Zentrums sowie die etwas weiter entfernten, inmitten eines Waldes auf einer Anhöhe gelegenen, Windkraftanlagen. Und seit Neustem gibt es in Wolfhagen ein Innovationshaus, das zeigt, wie die Wärmeversorgung in Bestandsbauten künftig aussehen könnte.

Das Gebäude selbst ist ein Einfamilienhaus aus dem Jahr 1992 mit 200 Quadratmetern Fläche. Bewohnt wird es von Familie Rauwolf, die es zunächst gar nicht darauf angelegt hatte, etwas Einzigartiges zu schaffen. „Vor dem Hintergrund, dass unsere Heizung mittlerweile über 20 Jahre alt war, haben wir uns natürlich Gedanken gemacht, wie man sie optimieren könnte“, erklärt Ralf Rauwolf. Doch erst in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Wolfhagen, dem Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) sowie dem Heizgerätehersteller Viessmann wurde daraus das jetzige Projekt.

Erweitertes Hybridkonzept 

Im Innovationshaus kommt eine erweiterte Hybridlösung zum Einsatz, die Strom- und Wärmeversorgung verzahnt. Dabei wird ein Kombigerät aus Öl-Brennwertkessel und Strom-Wärmepumpe mit einer hauseigenen PV-Anlage sowie den externen kommunalen Grünstrom-Erzeugungsanlagen intelligent verbunden. Die Wahl des Standorts war dabei kein Zufall. „Es gab im Jahr 2008 den Beschluss der Stadtversammlung, bis 2015 die Stromerzeugung rein aus lokal erzeugten, erneuerbaren Energien sicherzustellen“, erklärt Markus Huntzinger, Projektleiter Energieeffiziente Stadt bei den Stadtwerken Wolfhagen. Daher erfolgt die Stromversorgung der Gemeinde dank der in der Folgezeit entstandenen PV- und Windkraftanlagen heute überwiegend regenerativ. „Wir haben einen Stromverbrauch von circa 48.000 Megawattstunden im Jahr und wir erzeugen über 50.000 Megawattstunden“, so Huntzinger. Wolfhagen hat damit bereits umgesetzt, was für Deutschland insgesamt erst noch angestrebt wird. Dabei zeigt sich jedoch auch, welche Herausforderungen die Umsetzung der Energiewende mit sich bringt.

Denn das wetterabhängige Ökostrom-Angebot und die Nachfrage durch die Haushalte vor Ort stimmen nicht immer überein. So erfolgt die Versorgung mit er-neuerbarem Strom lediglich jahresbilanziell zu 100 Prozent. Schaut man genauer hin, wird klar, dass nur rund 70 Prozent des jährlichen Strombedarfs der Region tatsächlich aus dem örtlichen Wind- und PV-Park gedeckt werden. Es gilt darum, zu einer besseren Synchronisation zu kommen. Da das Wind- und das Sonnenangebot nicht beeinflussbar sind, bleibt als Lösung nur eine Steuerung der Stromnachfrage. Deshalb werden in Wolfhagen dynamische Stromtarife getestet und neue Technologien zum Einsatz gebracht. Dafür wurde unter Federführung der örtlichen Stadtwerke eigens eine Modellregion geschaffen. 

Sektorenkopplung auf regionaler Ebene

Wie sich zeigte, reicht aber eine Nachfrageflexibilisierung auf Verbraucherseite nur über weiße Ware nicht aus. Grund sind die vergleichsweise geringen Verbräuche und das Nutzerverhalten. Dank einer Power-to-Heat-fähigen Heizung kann das Innovationshaus zusätzlich Abhilfe schaffen. „Hier können wir die Lastverschiebungspotenziale optimal heben“, erklärt Huntzinger. Wird beispielsweise gerade sehr viel Ökostrom produziert, kann es diesen sowohl zur Strom- als auch zur Wärmeversorgung aufnehmen und speichern. Steht nicht ausreichend Ökostrom zur Verfügung, wird die Wärmeversorgung durch den Energievorrat im hauseigenen 1.500-Liter-Heizöltank sowie das Öl-Brennwertmodul des mit dem Internet verbundenen Hybridheizgeräts (Viessmann Vitolacaldens 222-F) sichergestellt. Das Heizgerät mit integriertem Trinkwasser-Ladespeicher ersetzte einen fast 25 Jahre alten Niedertemperatur-Ölheizkessel. Hinzu kommen eine knapp 29,5 Quadratmeter große PV-Anlage auf dem Dach, eine Batterie zur Stromspeicherung sowie ein 400-Liter-Wärmespeicher. Das komplette System wird durch eine neu entwickelte, intelligente Ansteuerung von Viessmann geregelt und übergeordnet optimiert. Dafür werden die Verbrauchs- und Betriebsdaten an ein Cloud-System übertragen. 

Intelligente Regelung ist der Schlüssel

Die Regelung sorgt dafür, dass nur dann Strom für die Wärmeversorgung genutzt wird, wenn dieser entweder aus der hauseigenen Photovoltaik-Anlage oder dem örtlichen Wind- oder Solarpark stammt. Das Innovationshaus kann sich so dem jeweiligen Angebot von Wind- und Solarstrom optimal anpassen.

So werden im Innovationshaus bereits heute Lösungen praktiziert, die in Zukunft Schule machen könnten: Denn die Herausforderung, Stromangebot und Stromnachfrage zu harmonisieren, wird im Zuge der Energiewende immer größer. Das Innovationshaus in Wolfhagen zeigt, wie sich die Energiewende insbesondere in ländlichen Regionen innovativ und technologieoffen gestalten lässt. Zugleich demonstriert es das Zukunftspotenzial, welches die rund 5,6 Millionen ölbeheizten Gebäude hierzulande bieten.

„In den kommenden Monaten werden wir nun unter anderem untersuchen, wann und wie viel regional erzeugter Wind- und PV-Strom aus dem Netz und aus der eigenen Produktion zur Wärmegewinnung genutzt werden kann, wie viel Emissionen sich dabei einsparen lassen und wann im Hybridgerät das Öl-Brennwertmodul und die Wärmepumpeneinheit zum Einsatz kommen“, erklärt Christian Halper, IWO-Projektleiter für Modellvorhaben. Des Weiteren soll auch untersucht werden, welche finanziellen Effekte der Einsatz dynamischer Stromtarife für den Haushalt mit sich bringt. „Das ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil die Einführung derartiger Tarife ein wichtiger Aspekt für die künftige Gestaltung der Energiewende sein wird“, so Halper.

Auch das Heizöl wird »grün«

Das Innovationshaus Wolfhagen soll verdeutlichen, dass ölbeheizte Häuser im Hinblick auf die künftige, klimafreundlichere Gestaltung des Wärmemarktes ein Teil der Lösung sein können. Dies schließt auch den flüssigen Brennstoff ein. Eingesetzt wird seit Februar 2018 ein um bis zu 80 Prozent treibhausgasreduzierter Brennstoff. Es handelt sich um CareDiesel, der dem schwefelarmen Heizöl zugemischt wird. CareDiesel wird aus Reststoffen biologischen Ursprungs wie Altspeisefetten und durch Zugabe von Wasserstoff hergestellt (siehe Beitrag zur HVO-Produktion). Er zählt damit zu der neuen Generation alternativer flüssiger Energieträger, die dem Erzeugungspfad Waste-to-Liquid (WtL) zuzuordnen sind. Ein anderer Pfad ist Power-to-Liquid (PtL). Hier wird Strom aus erneuerbaren Quellen zur Herstellung von Wasserstoff genutzt, der anschließend mit Kohlenstoff aus Biomasse oder CO2 verbunden wird. Aus diesem Synthesegas kann synthetisches, klimaneutrales Rohöl gewonnen und zu Brennstoffen verarbeitet werden. Ziel ist die Entwicklung marktfähiger, innovativer Produkte, die dem bisherigen Heizöl in hohen Anteilen beigemischt werden und dieses langfristig sogar ganz ersetzen können.