Redox-Flow- Speicher im Test

Ob Heizung, Strom oder Warmwasser – die Häuser sollen die benötigte Energie aus regenerativen Quellen fast komplett selbst produzieren. Eine große Photovoltaikanlage auf jedem Dach und ein Batteriespeicher sind die Grundlage dafür. Foto: Stadtwerke Herne AG

Im Herner Stadtteil Sodingen entsteht ab 2018 unter dem Titel „Redox-Herne” eine Klimasiedlung, in der verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten erneuerbarer Energien getestet werden sollen.

Ob Heizung, Strom oder Warmwasser – die Häuser sollen die benötigte Energie aus regenerativen Quellen fast komplett selbst produzieren. Eine große Photovoltaikanlage auf jedem Dach und ein Batteriespeicher sind die Grundlage dafür. Foto: Stadtwerke Herne AG

Weitgehend energieautarke Häuser produzieren Strom mittels PV-Anlagen auf dem Dach und speichern die nicht benötigte Energie in stationären Batterien. Der Vorteil für die Hausbesitzer sind geringere Stromkosten und mehr Unabhängigkeit vom Energiemarkt. Da der selbst produzierte Strom nicht eingespeist, sondern für den späteren Eigengebrauch gespeichert wird, kann das lokale Stromnetz und damit der Netzbetreiber entlastet werden. Für viele kommunale Energieversorger und Stadtwerke stellen solche nahezu autarken Häuser zudem eine Möglichkeit dar, sich mit Produkten und Dienstleistungen im Energiemarkt zu positionieren. Vor diesem Hintergrund haben die Stadtwerke Herne gemeinsam mit Fraunhofer UMSICHT und dem Fraunhofer Spin-off VOLTERION ein Siedlungskonzept entwickelt, in dem die künftigen Bewohner bis zu 80 Prozent ihres Strombedarfs selbst produzieren und verbrauchen.

Unter dem Titel „Redox-Herne“ soll ab 2018 im Bereich des Umspannwerkes Sodingen am Baueracker eine Klimaschutzsiedlung entstehen, anhand derer verschiedene Systemlösungen zur Eigenversorgung von Wohngebäuden mit regenerativer Energie erprobt und bewertet werden. Neben konventionellen Lithium-Ionen-Speichern kommen dabei erstmals die Redox-Flow-Batterien des Speicherherstellers VOLTERION zum Einsatz. Das Siedlungskonzept gilt deutschlandweit bisher als einmalig und konnte sich erfolgreich beim Leitmarktwettbewerb „EnergieUmweltwirtschaft.NRW“ von Land und EU qualifizieren. Der Bau der Klimaschutzsiedlung soll im Herbst 2018 abgeschlossen sein. Die Wartung und Betreuung der Modellhäuser übernimmt SMART-TEC stwh, die Dienstleistungsmarke der Stadtwerke Herne.

Plusenergie-Häuser

„Das Ziel des Projekts ist, nachhaltige, lokale CO2- freie Versorgungskonzepte zu untersuchen und auf ihre Zukunftsfähigkeit zu testen“, erklärt Stephan Becker, Leiter des Projekts bei den Stadtwerken Herne. „Als Stadtwerke wollen wir uns als innovativer Energiedienstleister positionieren. Auf dem Energiemarkt herrscht großer Kostendruck. Indem wir neue Geschäftsfelder erschließen, wollen wir langfristig unsere Position als Energiedienstleister in der Region ausbauen.“ Die Siedlung besteht aus sieben Eigenheimen, sogenannten Plusenergie- Häusern, die unter vergleichbaren Rahmenbedingungen gebaut werden. Alle Einfamilienhäuser verfügen über eine klassische PV-Anlage auf dem Dach, mit der eine Wärmepumpe, die CO2-freie Erdwärme über eine Erdsonde ins Haus transportiert, betrieben wird. Fünf Häuser werden mit einer Redox-Flow-Batterie ausgestattet, in der der nicht benötigte Solarstrom gespeichert wird, zwei Häuser erhalten Lithium-Ionen- Speicher. Weitere Unterschiede werden bei den Energiestandards (KfW 40+ und KfW 55) und der Gebäudetechnik gemacht. „So sind wir in der Lage, die Redox-Flow-Speicher mit den Li-Ionen Speichern sowie die unterschiedlichen Verschaltungsmöglichkeiten zu vergleichen“, erklärt Becker. „Wir haben uns für Redox-Flow-Batterien entschieden, da sie besonders für die Kombination mit PV-Anlagen geeignet sind. Redox- Flow-Batterien haben einen sehr hohen Wirkungsgrad, geringe Selbstentladung und eine sehr lange Laufzeit mit bis zu 10.000 Ladezyklen.“

Die Redox-Flow-Batterien von VOLTERION bestehen aus Stacks, die beliebig und nach Bedarf erweitert werden können. Foto: Fraunhofer UMSICHT

Komplette Autarkie sei mit diesen Modellhäusern nicht möglich und auch nicht gewollt. „Die Anlagen haben alle eine Leistung von knapp unter 10 kWp. Das hat damit zu tun, dass nach aktueller Gesetzgebung die eigene Stromversorgung unter 10 kWp von der EEG-Umlage befreit ist. Über 10kWp sind die Häuser für die zukünftigen Bewohner nicht mehr attraktiv, da zu viele Abgaben gezahlt werden müssten“, erklärt Joachim Krassowski vom Fraunhofer UMSICHT. „Was wir hier machen ist also ein Spagat zwischen Erkenntnisgewinn, Forschung und Gesetzesrahmen. Auf lange Sicht ist sicherlich eine gemeinschaftliche Lösung – zum Beispiel mit einem Batterie-Speicherkraftwerk – diesen individuellen Konzepten vorzuziehen.“

Monitoring

Sind die Häuser bezogen, beginnt die 18-monatige Testphase. Mittels Smart Meter- Gateway werden die Verbrauchsdaten von den Energieerzeugungsanlagen an das Monitoring-Team von Fraunhofer UMSICHT übermittelt. Hier sollen die unterschiedlich konfigurierten Häuser untereinander, sowie mit den Referenzhäusern verglichen werden. „Auf Grundlage dieser Daten können wir dann die optimalen Anlagenkonfigurationen für künftige Neu- oder Umbauprojekte aufzeigen und die Eignung der Systemlösungen im normalen saisonübergreifenden Betrieb demonstrieren“, erläutert Teamleiter Krassowski. „Wir haben zwar ein paar Ziele formuliert, aber vieles ergibt sich erst wenn wir die Daten final gesichtet und analysiert haben. Gerade beim Monitoring von mehreren Objekten entstehen oft interessante Aspekte, die man vorher noch gar nicht beleuchtet hat.“ Neben dem Gebäudevergleich will das Fraunhofer-Team auch die Unterschiede im Nutzerverhalten untersuchen und wie sich diese auf die Maximierung des Eigenverbrauchs auswirken. „Zu diesem Zweck haben wir zwei Gebäude komplett identisch ausgestattet, sodass die Einflüsse auf den Autarkiegrad des Gebäudes ausschließlich vom Verhalten der Bewohner abhängig sind“, so Krassowski weiter.

Geschäftsmodelle für Stadtwerke

Die Käufer der Plusenergiehäuser pachten die Energieanlagen für zehn Jahre und können die Pacht auch noch verlängern. Das heißt, auch nach Ablauf des Monitorings werden die Anlagen weiter in Betrieb sein. „Darum ist es auch wichtig zu betonen, dass alle sieben Energiekonzepte je nach Nutzer und Bedingungen ideal sein können. Wir testen nicht, ob die Hauskonzepte funktionieren, sondern schauen, wie gut welches Modellkonzept mit welchem Nutzerverhalten harmoniert“, erklärt Krassowski. Im nächsten Schritt wollen die Stadtwerke Herne mit ihrer Dienstleistungsmarke Smart Tec solche Energiekonzepte auch außerhalb der Modellsiedlung als Komplettsysteme anbieten. „Wir haben insbesondere von anderen Stadtwerken durchweg positive Rückmeldung erhalten“, so Becker. „Unser Engagement wurde gewürdigt und es wurde sogar gefordert, dass sich mehr Energiedienstleister mit solchen Projekten an die Spitze der Nachhaltigkeitsbewegung stellen sollten.“

www.klimaviertel.stadtwerke-herne.de

www.smart-tec-stwh.de

www.umsicht.fraunhofer.de

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