WEIZconnected - Gebäudeübergreifender Energie­austausch

Ausgangssituation/Motivation

Eine auf erneuerbaren, dezentralen Energieträgern basierende, gebäudeintegrierende Energiebereitstellung in Kombination mit einem intelligenten Energiesystem kann über die Zusammenführung von sich ergänzenden Verbrauchslastprofilen eine optimierte (Teil)Autarkie ermöglichen. Netzeinspeisungen können dadurch reduziert werden, Verluste werden minimiert und der wirtschaftliche Einsatz von Erneuerbaren wird unterstützt. Die Zusammenführung der Teilbereiche intelligente Erzeugung, gezielter gebäudeübergreifender Austausch und Verbrauch, Speicherung sowie zentrales Management unter den gegebenen Rahmen-bedingungen ist der Ausgangspunkt dieses F&E- Projektes.

Vor allem die Integration eines gebäudeübergreifenden Energieaustauschs in übergeordnete Netze bringt jedoch Herausforderungen mit sich. Dies sind vor allem Problemstellungen hinsichtlich der Schnittstellen zwischen den Systemen, hier sind sowohl technologische als auch rechtliche und wirtschaftliche Aspekte relevant. Systeme des intelligenten gebäudeübergreifenden Energieaustauschs inkl. dezentraler Erzeugung und Speicherung ermöglichen

• das Management überschüssiger Erzeugung ohne Inanspruchnahme von Stromnetzinfrastruktur, sowohl auf Verteilnetz- als auch auf Übertragungsnetzebene,
• eine deutliche Senkung von Einspeisespitzen,
• die Senkung von auftretenden Netzbezugsspitzen
• eine optimierte Erschließung der Vorteile eines zukünftigen Smart Grids,
• einen wirtschaftlichen Einsatz von Erneuerbaren,
• die Bereitstellung eines breiten Spektrums an netzbezogenen Systemdienstleistungen.

Inhalte und Zielsetzungen

Gegenstand des Projektes WEIZconnected war die Konzeption, Entwicklung und der Testbetrieb eines Gesamtsystems für den gebäudeübergreifenden Stromaustausch. Das Gesamtsystem strebt dabei die Maximierung der Autarkie durch sich ergänzende Gebäudelastprofile an. Als prioritäres Ziel galt die Entwicklung und Überprüfung der Funktionstauglichkeit des technischen Systems bei zwei Pilotanlagen.
Im Projektfokus standen dabei zunächst die Klärung der rechtlichen und wirtschaftlichen Aspekte, die technologische Problemlösung durch Entwicklung und Adaption der Komponenten, sowie deren Integration in das Gesamtsystem, die intelligente zentrale Steuerung und Überwachung und damit auch die gebäudeintegrierte, nachhaltige Energie-bereitstellung. Die Schwerpunkte lagen in folgenden Bereichen:

• Stromerzeugung mittels gebäudeintegrierter Photovoltaikanlage (möglichst hoher Grad der Nutzung des erzeugten Stroms im jeweiligen Gebäudekomplex)
• Stromspeicherung (Einsatz von Batteriespeichersystemen)
• Entwicklung und Einsatz eines intelligenten Energiemanagement- und Monitoringsystems
• Herstellung von Schnittstellen zum übergeordneten Stromnetz

Methodische Vorgehensweise

Für die Erarbeitung des technischen Lösungsansatzes und die Realisierung der Pilotanlagen galt es zunächst die projektspezifischen Rahmenbedingungen und Anforderungen, die hinsichtlich der Realisierung eines gebäudeübergreifenden Stromaustausches bestehen, zu erheben. Dazu wurden in einem ersten Schritt die angedachten Pilotprojekte im Detail betrachtet, sowie deren technische, wirtschaftliche und rechtliche Anforderungen gemeinsam mit den Liegenschaftseigentümern und potentiellen NutzerInnen erarbeitet. In diesem Zusammenhang erfolgte eine detaillierte Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen unter Berücksichtigung der Eigentumsverhältnisse der untersuchten Pilotanlagen. Dabei mussten mehrerer Iterationsschleifen durchlaufen werden, da erst nach Betrachtung und Prüfung einer Vielzahl unterschiedlicher Standorte die tatsächlich zu realisierenden Anlagen festgelegt und entsprechende Detailpläne erarbeitet werden konnten.

Die erarbeiteten Detailkonzepte dienten als Basis für die Entwicklung und Programmierung der notwendigen Komponenten des Gesamtsystems. Nach Fertigstellung der Planungs- und Entwicklungsarbeiten erfolgte die Installation und Inbetriebnahme der technischen Lösung bei beiden Pilotprojekten. Um ein Monitoring der Anlage durchführen zu können, wurden weiters ein eigens entwickeltes Monitoringsystem zur Erfassung und Aufzeichnung relevanter Daten installiert. Die Performance des Systems wurde laufend kontrolliert und durch Adaption der Systemparameter optimiert. Zudem erfolgte von Seiten des Netzbetreibers während des Demobetriebs eine Untersuchung der Auswirkungen der Spannungsqualität auf das Netz. Abschließend wurde auf Basis der erfassten Ergebnisse des Monitorings eine Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Anlagen durchgeführt.
Nach Zusammenfassung und Auswertung aller vorliegenden Ergebnisse, wurden Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen für die Verwertung der Erkenntnisse aus dem Projekt abgeleitet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die im Projekt WEIZconnected entwickelte Lösung für den gebäudeübergreifenden Strom-austausch hat gezeigt, dass die Verteilung von erneuerbarer Energie auch über die Grenzen eines Gebäudes technisch und unter den im Projektzeitraum geltenden rechtlichen Rahmenbedingungen möglich ist. Aufgrund der erarbeiteten rechtlichen Anforderungen hat sich herausgestellt, dass die gebäudeübergreifende Stromversorgung (aktuell) nur mit einer Direktleitung sinnvoll realisiert werden kann. Hinsichtlich der rechtlichen Anforderungen können folgende zusammenfasssende Aussagen für die gebäudeübergreifende Strom-versorgung getroffen werden:

• Eine Direktleitung von A (Anbieter/Erzeuger) zu B (Verbraucher) ist rechtlich zulässig. Allerdings darf A den B nicht mit aus dem öffentlichen Netz bezogener Energie versorgen, sondern ausschließlich mit Energie, die A selbst erzeugt.
• Eine Direktleitung ist nur dann zulässig, wenn eine Trennung der Stromkreise gegeben ist, da es sonst zur „Vermischung" des durch die PV-Anlage erzeugten Stroms und der Energie aus dem öffentlichen Netz kommt. Die technische Ausführung ist rechtlich allerdings nicht geklärt.
• Versorgung über das öffentliche Netz - keine Direktleitung: In dieser Variante müssten beide (A und B) einer Bilanzgruppe angehören, der Lieferant A müsste Bilanzgruppenverantwortung übernehmen (komplexe Verrechnung!)

Von Seiten des Netzbetreibers (Energie Steiermark AG) wurden für die Umsetzung der Direktleitung folgende technische Anforderungen festgelegt: (1) Auf der Verbindungsleitung darf zu keinem Zeitpunkt Netz-Strom vom Energieversorger fließen. (2) Über die Direktleitung darf ausschließlich selbst produzierter PV-Strom fließen. (3) Es darf zu keinem Zeitpunkt (auch nicht während der Schaltvorgänge der Zuschaltvorrichtung) zu Netzstörungen kommen.

Das entwickelte Energiemanagement- und Monitoringsystem ist anhand der festgelegten Mess- und Regelungsstrategie, über die Verwendung zweier zueinander zeitverzögert einge-setzter Schalter, in der Lage, die Einhaltung der Rahmenbedingungen sicherzustellen. Die Einbindung eines Batteriespeichersystems ermöglicht zum einen die Steigerung der PV-Eigenverbrauchsrate bei den Demonstrationsgebäuden und zum anderen stellt der Batteriespeicher sicher, dass kurzzeitige Leistungseinbrüche der PV-Anlage nicht zu einem Schalten der Direktleitung führen.

Die Funktionstauglichkeit der entwickelten Komponenten und der wirtschaftliche Betrieb des Gesamtsystems für den gebäudeübergreifenden Stromaustausch konnten durch die Umsetzung von zwei Pilotanlagen verifiziert werden.

Ausblick

Die berücksichtigten Rahmenbedingungen beziehen sich auf die rechtliche Situation vor der Novellierung des ElWOGs im Jahr 2017, weshalb für eine Weiterentwicklung des Systems eine neue Bewertung der rechtlichen Situation durchzuführen ist. Für die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse müssen darüber hinaus der rechtliche und wirtschaftliche Mehraufwand bei unterschiedlichen Eigentumsverhältnissen untersucht werden.

Zur Weiterentwicklung der Komponenten und zur Fortführung des technologischen Ansatzes sind auch Lösungen zur sternförmigen Anbindung mehrerer Verbraucher an eine Erzeugungsanlage anzudenken.

W.E.I.Z. Immobilien GmbH
DI Franz Kern
Franz-Pichler-Straße 30
A-8160 Weiz
Tel.: +43 (3172) 603-1101
E-Mail: franz.kern@innovationszentrum-weiz.at

Tel.: +43 (3172) 603-0
Fax: +43 (3172) 603-9
E-Mail: campus@innovationszentrum-weiz.at
Web: www.innovationszentrum-weiz.at