Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
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Windheizung 2.0 – Energiespeicherung und Stromnetzregelung mit hocheffizienten Gebäuden

Grafik »Systematik-Grobanalyse«
© Fraunhofer IBP

Schematische Darstellung des Vergleichs zwischen Wärmebedarf des Gebäudes und Speicherkapazität der TGA-Kombination.

Schema »Hochtemperatur-Steinspeicher«
© Fraunhofer IBP

Schematische Darstellung des Hochtemperatur-Steinspeichers.

Vor allem während winterlicher Starkwind­zeiten herrscht im deutschen Stromnetz häufig ein Überangebot, das zu sehr niedrigen bis negativen Preisen an der Strombörse führt. Forschungsziel der Studie ist es, Konzepte für »Windheizungs-Gebäude« zu erstellen, die ausschließlich während Starkwindzeiten be­heizt werden und deren eingespeicherte Wär­me so lange vorgehalten werden kann, dass außerhalb der Starkwindereignisse keine bzw. kaum Energie für Heizung und Trinkwarmwas­sererwärmung nötig ist.

 

Vorgehensweise

Das norddeutsche Klima wird analysiert und typische Überbrückungszeiten (ein bis zwei Wochen) identifiziert. Der Gebäudebestand wird ana­lysiert und jeweils ein typisches Einfamilienhaus und Bürogebäude im neugebauten und sanier­ten Standard festgelegt. Durch instationäre Gebäudesimulation (WUFI® Plus) wird für diese vier Gebäude der Wärmebedarf während der Überbrückungsperioden ermittelt.
Es wird eine Matrix potentiell zielführender TGA-Kombinationen (Erzeuger, Speicher, Übergabe) erstellt. Für jede dieser Kombina­tionen wird die theoretische Speicherkapazität errechnet und mit dem Bedarf des jeweiligen Gebäudes verglichen (Bild 1). Es werden nur Gebäude-TGA-Kombinationen weiterverfolgt, die wirt­schaftlich erscheinen und eine Windstrom­deckung > 80 Prozent aufweisen.
Diese Kombinationen werden detailliert, zu­sammen mit dem jeweiligen TGA-System, dynamisch simuliert und bezüglich der Wind­stromdeckung, ökologischer Kriterien und Lebenszykluskosten (LCA) verglichen und bewertet.

 

Ergebnis

Derartige Lösungen sind nur bei sehr effizienten Wohngebäuden und geringen Stromkosten wirtschaftlich darstellbar. Als Speichersysteme stellen sich große Wasser­speicher und Bauteilaktivierungen als sinnvoll dar. Für die Bauteilaktivierung sind noch weiterführende Arbeiten zur Optimierung der Regelungsstrategien (z.B. wetterprognose­basiert) nötig. Auch ein zentraler, elektrisch beheizter Hochtemperatur-Steinspeicher (Bild 2) - vergleichbar mit einem Nachtspeicherofen - scheint eine technisch und wirtschaftlich vielversprechende Möglichkeit der Entwicklung zu sein.