Oldenburg. Forschende des Zukunftslabors Energie haben die Auswirkungen der Energiewende im Wohnquartier auf die Stabilität des Energienetzes untersucht. Die Analyse zeigt, dass durch moderne Energiekomponenten wie Photovoltaik-Anlagen und Wärmepumpen erhebliche Einsparungen beim Energieverbrauch und CO₂-Ausstoß möglich sind, gleichzeitig aber Herausforderungen für das Stromnetz entstehen. Die Studie beleuchtet dabei besonders den Zusammenhang zwischen Energiewende Wohnquartier Netz.
Netzstabilität sichern jetzt: Herausforderungen und Lösungsansätze bei der Energiewende Wohnquartier Netz
Simulation der Energieversorgung im Quartier „Am Ölper Berge“
Das Untersuchungsobjekt war das Wohnquartier „Am Ölper Berge“ in Braunschweig, bestehend aus 49 Gebäuden. Im Jahr 2020 verfügte das Quartier noch über keine Photovoltaik-Anlagen und keine Gebäudedämmung, die Stromversorgung erfolgte ausschließlich über das öffentliche Netz. Die Forschenden entwickelten Szenarien für die Jahre 2030, 2040 und 2050, die schrittweise mehr moderne Energiekomponenten integrieren.
Für das Szenario 2050 wurden unter anderem folgende Entwicklungen angenommen:
- 60 % der Wohnungen besitzen Balkon-Solaranlagen.
- Insgesamt sind 147 Elektrofahrzeuge im Quartier vorhanden.
- Die Gebäudefassaden sind mit einer 20 Zentimeter dicken Dämmung versehen.
Die Simulation modellierte die Wechselwirkungen von Wärmepumpen, Elektrofahrzeugen, Photovoltaik-Anlagen und elektrischen Speichern. Zudem wurden verschiedene Strategien zum Laden der Elektrofahrzeuge getestet, um Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Netzstabilität zu bewerten.
Effizienzsteigerung und CO₂-Reduktion durch moderne Technologien
Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Reduktion des externen Energiebedarfs:
- Der externe Strombedarf des Quartiers kann bis 2050 um bis zu 85 % gesenkt werden.
- Der externe thermische Energiebedarf lässt sich um bis zu 67 % reduzieren.
Durch die verbesserte Wärmedämmung und den Einsatz von Wärmepumpen kann die thermische Effizienz von 77 % im Jahr 2020 auf 84 % bis 2050 gesteigert werden. Der CO₂-Ausstoß des Quartiers könnte bis 2050 um 88 % verringert werden. Die simulationsgestützte Analyse belegte, dass insbesondere das Laden von Elektrofahrzeugen mit überschüssiger Solarenergie (solar_charging-GO) die effizienteste Strategie ist.
„Besonders die Erkenntnisse aus den Szenarien für 2050 zeigen, dass eine gezielte Kombination dezentraler Technologien wie PV-Anlagen und Wärmepumpen mit zentralen Netzlösungen zur Energiewende beitragen. Diese Ergebnisse sind insbesondere für die Planung nachhaltiger Quartiere von großer Bedeutung, da sie praxisorientierte Ansätze für die Integration erneuerbarer Technologien aufzeigen“, sagte Dr.-Ing. Fernando Andres Penaherrera Vaca vom OFFIS – Institut für Informatik.
Herausforderungen für die Netzstabilität durch dezentrale Energiesysteme
Die zunehmende Anzahl dezentraler Energiekomponenten führt zu einer komplexeren Netzstruktur mit folgenden Auswirkungen:
- Die Effizienz des Transformators sinkt von 98 % (2020) auf rund 79 % (2050), was einen Energieverlust von etwa 21 % bedeutet.
- Im Szenario 2050 treten 2.701 Spannungsabweichungen im Netz auf, von denen 17 kritische Unter- oder Überschreitungen darstellen.
- Verzögerungen von bis zu 90 Sekunden bei der Kommunikation und Steuerung können Netzinstabilitäten verursachen.
Die Forschenden nutzten das intelligente Steuerungstool Grid-Observer zur Überwachung und Regulierung der Netzspannung sowie des Ladeverhaltens der Elektrofahrzeuge. Durch gezielte Steuerung, vor allem die Nutzung von überschüssiger Solarenergie, lassen sich Spannungsabweichungen reduzieren und Netzinstabilitäten vermeiden.
Informations- und Kommunikationstechnologien als Schlüssel für das Energiemanagement
Das Zusammenspiel der Energiekomponenten basiert auf Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Diese erfassen Netzereignisse und koordinieren Lasten, wie etwa das Laden von Elektrofahrzeugen, um Überlastungen zu vermeiden. Die Simulation zeigte jedoch, dass bei hoher Systemlast gewisse Verzögerungen in der Kommunikation auftreten können, die nicht durch vorhandene Flexibilitäten kompensiert werden.
Zur Stabilisierung der komplexen Simulationsumgebung setzten die Forschenden Container-Technologie ein. Sie ermöglicht eine stabile und reproduzierbare Modellierung des dezentralen Energienetzes mit 49 Knotenpunkten.
Weitere Informationen zu den Ergebnissen des Zukunftslabors Energie finden Sie auf regionalupdate.de.
Zusätzlich bietet das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz ausführliche Informationen zur Energiewende und den aktuellen Förderprogrammen unter bmwk.de.
Ausblick: Weitere Schritte für eine stabile Energiewende im Wohnquartier
Um die Netzstabilität langfristig zu gewährleisten, sind weitere Maßnahmen notwendig. Dazu zählen die Optimierung der Kommunikationsnetze, eine verbesserte Steuerung der dezentralen Energiequellen sowie zusätzliche Flexibilitätsoptionen für das Stromnetz. Die Forschenden planen, diese Ansätze in künftigen Simulationen zu vertiefen und praxisorientierte Empfehlungen für die Energieversorgung nachhaltiger Wohnquartiere zu entwickeln. So kann die Energiewende im Wohnquartier erfolgreich vorangetrieben werden.
