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Gesamtkonzept für erneuerbare Energien im Gebäudebestand

Während es bereits zahlreiche Konzepte und Methoden gibt um Neubaugebiete möglichst energieeffizient zu gestalten, fehlt es noch an planerischen Mitteln für den Gebäudebestand. Gleichzeitig ist die Situation dort, wo die Energiestrukturen schon ausgebaut sind, besonders komplex. Interessen und Wünsche von Strom- oder Wärmenetzbetreibern, von Industrie, Hausbesitzern oder Mietern wollen berücksichtigt werden. Gleichzeitig fragen zunehmend Unternehmen oder Privatleute bei den Verwaltungen an, weil sie eine Biogasanlage, ein Holzhackschnitzelheizwerk oder eine Photovoltaikanlage errichten möchten. Die Kommunen müssen dann entscheiden, welche Lösungen auf lange Sicht umweltfreundlicher und wirtschaftlicher sind. Für diesen Entscheidungsprozess ein verlässliches Instrument zu finden, war Ziel des Projektes.

Erster Schritt war ein Kriterienkatalog, der berücksichtigt, wie sich ein Vorhaben auf Umwelt und Klima auswirkt, wie es sich in die vorhandene Infrastruktur einfügt und wie groß das Potential an erneuerbaren Energien ist. Letzteres hatte die Stadt bereits 2007 in einem früheren Innovationsfondsprojekt, dem Biomassekonzept überprüft. Damals konzentrierte man sich auf die Analyse des Biomassepotentials in Lörrach und nannte noch keine konkreten Maßnahmen. Nun forderte die Stadt dazu auf, für die Stadtteile Haagen, Hauingen und Brombach Projektideen einzureichen, um sie anhand des Kriterienkatalogs zu prüfen. 2007 entstand bereits der Arbeitskreis Energie, der auch am jetzigen Vorhaben beteiligt ist und über die regionalen Aspekte urteilt. Zudem evaluierte ein Ingenieurbüro die Vorschläge auf fachlicher Ebene. Beide Seiten erstellten ein Gesamtkonzept, das den jeweiligen Teilort nach seiner Rolle in der Stadt beurteilt und die beste Kombination aus Kraftwerken und Energieformen aufzeigt.

Lörrach bietet mit dem neuen Projektierungsverfahren ein Instrument, um ganze Stadtteile auf Bioenergie umstellen zu können und gezielt ökologisch und ökonomisch sinnvolle Investitionen anzustoßen.

Weitere Informationen auf der Homepage der Stadt Lörrach.

Projektdaten

Projektnummer 2010-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Stadt Lörrach
Laufzeit April 2010 bis Ende 2014
Zuschuss 21.476

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

ARTHYMES Archaea Transform Hydrogen to Methane for Energy Storage
Offenburg

Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie

Wind- und Sonnenenergie stellen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt. Beide Energiequellen sind jedoch stark wetterabhängig, so dass die Einspeisung ins Stromnetz zwischen Überschüssen und Unterversorgung schwankt. Stromspeicher können diese Schwankungen ausgleichen, sind aber noch nicht flächendeckend vorhanden. Bisher kamen vor allem Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die aber allein den Speicherbedarf nicht decken können. Auch Elektroautos, zeigt ein vorheriges Innovationsfondsprojekt, eignen sich prinzipiell als Speicher für überschüssige Energie. Angesichts ihres nur langsam wachsenden Marktanteils sind auch sie bisher nicht als Stromspeicher im großen Maßstab geeignet. Das Erdgasnetz hingegen bietet eine Speicherkapazität von 200 TWh, ein Vielfaches der momentan benötigten etwa 15 TWh. Um elektrische Energie ins Gasnetz einzuspeisen, wird diese genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess zuerst aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird der Wasserstoff biologisch in Methan umgewandelt. Diese Technik ist jedoch bisher nur im Labormaßstab erprobt; die einzelnen Faktoren und beteiligten Mikroorganismen sind noch kaum erforscht. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte diesen Prozess der biologischen Methanisierung ausführlich und analysierte, inwiefern sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. Biogas entsteht in einer anaeroben Fütterungskette, in der sich aus Substrat – also Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen – zuerst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan bildet. Rohbiogas enthält allerdings immer noch 30 bis 50 Prozent CO2, das aufwändig ausgefiltert werden muss, bevor das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom zum Gärprozess kann auch das restliche CO2 zu Methan umgewandelt werden. Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobtes Verfahren der in situ-Methanisierung zu optimieren, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Verfahren, um den Wasserstoff in den Vergasungsprozess einzuschleusen, so dass er optimal durch die beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu beschädigen. Mit ihren weitreichenden Erfahrungen in der Biogasforschung analysierten die Forscher der Hochschule verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte der Methanisierung. Die Hochschule setzt sich hierbei die Entwicklung eines Moduls zum Ziel, dass nach Maßstabsübertrag in etwas 7000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt trägt so zur Lösung zweier Problemfelder bei: Zum einen bietet es große Speicherkapazitäten für Überschussenergie, zum anderen macht es Biogasanlagen ökologisch und ökonomisch effizienter, indem es den Substratbedarf reduziert. Weil das mit Methan behandelte Biogas kaum noch CO2 enthält, entfällt auch die aufwändige Aufbereitung, bevor das Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Durch Einbringen von Wasserstoff über blasenfreie Membranbegasung in Biogasanlagen kann ohne pH-Regulation die Methankonzentration im Rohbiogas auf 80-90 % gesteigert werden. Dabei steigt der pH-Wert an, wird aber noch von der Mikrobiologie toleriert. Die Wasserstoffkonzentration im Produktgas liegt bei wenigen Prozent. Der eingespeiste Wasserstoff wird nahezu vollständig umgesetzt. Methankonzentrationen von nahezu 100 % werden ohne pH-Regulation nur temporär erreicht, da der durch den CO2-Verbrauch auftretende extreme pH-Wert zu Schädigungen der Mikrobiologie führt. Ein Langzeitbetrieb mit solch hohen Methankonzentrationen ist jedoch bei pH-Regulation/Pufferung denkbar. Neben hochgasdurchlässigen, relativ teuren Membranen scheinen unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die blasenfreie Begasung auch preisgünstigere Membranmaterialien geeignet zu sein. Die im Projekt getesteten Membranen zeigten kaum Biofilmbildung, so dass sie bei ausreichender Stabilität vermutlich auch längerfristig eingesetzt werden können.

Dezentrale, fassadenintegrierte Lüftungsanlagen für energetisch sanierte Gebäude
Offenburg

Umweltfreundliche Lüftung für sanierte Gebäude

In einem neuen Projekt untersuchte die Hochschule Offenburg, welche Fassadensysteme sich am besten eignen, Gebäude kostengünstig mit energieeffizienter Lüftung nachzurüsten. Hierbei eignen sich Schul- und Wohngebäude mit ihren unterschiedlichen Nutzerprofilen, um allgemeine Modelle für zentrale und dezentrale Anlagen zu erstellen. In Wohngebäuden möchten Nutzer Temperatur und Luftfeuchtigkeit dezentral steuern können. Für die meisten Klassenzimmer, Flure oder Aufenthaltsräume hingegen sind zentral gesteuerte Anlagen am effizientesten. Einzelne Sondernutzungsräume wie z. B. Computerräume, Rektorate oder Lehrerzimmer benötigen jedoch dezentrale Systeme. Zu Beginn des Projektes messen die Wissenschaftler die Luftqualität in den bereits klimatechnisch sanierten Offenburger Schulen. Anschließend installierten sie mehrere Anlagentypen in Schulgebäuden sowie – in Zusammenarbeit mit lokalen Wohnbaugesellschaften – in sanierten Mietshäusern. In den Schulgebäuden spielten sie verschiedene Szenarien durch und vergleichen die Ergebnisse mit einem Referenzraum. In den Wohngebäuden arbeiten Wandgeräte, Rohr-, oder Brüstungslüfter, wobei in Wohn- und Schlafzimmern der CO2-Gehalt, in Küche und Bad die Feuchtigkeit ausschlaggebend ist. Dabei berücksichtigten die Experten Kosten für Einbau und langfristige Wartung, wie energieeffizient die Anlagen sind und wie gut sie Feuchtigkeit, Lufthygiene und CO2-Konzentration regulierten. Auch analysierten sie, wie man die neuen Anlagen in bestehende Gebäudeautomation einbinden und so Energie und Kosten sparen kann. Mit den Ergebnissen brachten die Wissenschaftler den Maßnahmenkatalog für Schulen auf den neuesten Stand. Infoflyer und Artikel in der Fachliteratur informieren Architekten, Handwerker, Wohnbaugesellschaften und Hausbesitzer. Das Projekt macht so Schüler und Öffentlichkeit vertraut mit energieeffizienten Methoden für die Gebäudelüftung und bietet Interessierten einen Überblick über vorhandene Technologien. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die CO2-Konzentration steigt in Unterrichtsräumen ohne Lüftung während der Unterrichts sehr schnell auf sehr hohe, bedenkliche Werte, sinkt aber nur sehr langsam und liegt häufig auch am nächsten Tag noch über dem Wert der Außenluft. Dies kann am nächsten Tag zu noch höheren Werten führen. Dementsprechend sind Lüftungsmaßnahmen zu empfehlen. In den Schulen ist die Wahl der geeigneten Lüftungsmaßnahme stark von der Raumbelastung abhängig. In schwach belasteten Räumen genügen u. U. CO2-Ampeln, die Lüftungsbedarf anzeigen. In hochbelasteten Räumen wird der Einbau von dezentralen Lüftungsgeräten empfohlen. In Mietwohnungen hängt der Verlauf der relativen Feuchte im Raum stark vom Nutzer verhalten (Lüften, Duschen, Kochen) ab. Lüftungsmaßnahmen sind dennoch auch bei geringer Belastung empfehlenswert. Bei Mieterwechsel kann sich die Situation deutlich verändern.

Realisierung eines "virtuellen" PV-Kraftwerkprototyps im badenova Stromnetz für die Einsatzplanung von regenerativen Stromgeneratoren und dezentralen KWK-Anlagen
Freiburg

Virtuelles Kraftwerk

Seit der Gesetzgeber 1998 den Strommarkt liberalisierte, hat sich dieser stark verändert Neben den großen kommerziellen Anbietern speisen, unterstützt von diversen Förderprogrammen und dem erneuerbare Energien-Gesetz, auch immer mehr gewerbliche und private Kleinanlagen ihren aus regenerativen Quellen erzeugten Strom ins Netz ein. Die zahlreichen dezentralen, unregelmäßig produzierenden BHKW, Wind- ,Wasserkraft- oder Solarstromanlagen machen es für die Netzbetreiber zunehmend schwierig, die jeweils verfügbare Strommenge optimal vorherzusagen und zu steuern. Die Folge sind beispielsweise unerwünschte Stromspitzen. Ein Forschungsvorhaben von badenova und dem Freiburger Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme vernetzte deshalb die dezentralen Anlagen im badenova-Netz zu einem ‚virtuellen Kraftwerk’, dass die einzelnen Standorte zu einem effizienterem, besser koordinierten System zusammenfasst. Erstmals erprobten die Wissenschaftler ihre erarbeiteten Konzepte und Algorithmen in einem größeren Verteilnetz, in dem alternative Energiequellen stark vertreten sind. Anhand von Lastverläufen und Wetterprognosen erarbeitete das Team einen Betriebsführungsassistenten für die Leitwarten der Verteilnetzbetreiber wie Badenova. Diese stehen als Schnittstelle zwischen dem Verbraucher und dem dezentral erzeugten Strom. Indem es den Leitwarten hilft, das System effektiver zu steuern, machen sie das Netz stabiler und erlauben es, flexibler auf den Strommarkt zu reagieren. Mehr Informationen im Abschlussbericht und auf der Homepage des Fraunhofer ISE .