Berliner ImpulsE

Dr. Severin Beucker

Das Umsetzungsprojekt ProSHAPE 

Intelligentes Energiemanagement im Stadtquartier

Ein Konsortium aus Forschung und Unternehmen hat ein Konzept für eine dezentrale Energieversorgung in einem genossenschaftlichen Berliner Wohnquartier entwickelt und umgesetzt. Die eingesetzte Technik ermöglicht zudem einen Einstieg in intelligente Gebäude- und Heimvernetzungstechnik. Dieses senkt die Energiekosten der Bewohner und reduziert Emissionen.

Die Digitalisierung hält Einzug in der Energie- und Wohnungswirtschaft. Sie stellt robuste Lösungen zur Verfügung, mit denen der Wohnkomfort gesteigert und der Wärme- und Stromverbrauch gesenkt werden können. Damit können große Effizienz­Potenziale erschlossen und die Energiewende im Gebäudesektor umgesetzt werden. Hierbei wird intelligente Gebäudetechnik eine wichtige Rolle spielen, da sie als Alternative mit niedrigen Investitions- und CO2-Vermeidungskosten eine Ergänzung zu baulichen Maßnahmen (zum Beispiel Dämmung, neue Fenster) darstellt. Die Technik eröffnet zudem zahlreiche Erweiterungsmöglichkeiten für Angebote der Heimvernetzung (Sicherheitstechnik, altersgerechte Assistenzsysteme, Dienste der Wohnungsverwaltung, et cetera), die in kommenden Jahren verstärkt Einzug halten werden.

Weiterentwicklung von Dezentralem Energiemanagement

In dem Projekt ProSHAPE wurde unter Koordination des Borderstep Institutes ein Steuerungsansatz entwickelt, der ein Dezentrales Energiemanagement in Quartieren ermöglicht. Dabei kommt Technik der Firma Dr. Riedel Automatisierungstechnik sowie ein durch die Berliner Energieagentur betriebenes Blockheizkraftwerk (BHKW) zum Einsatz. Die Steuerung setzt auf drei Ebenen an:

Wohnung: Über einen Wohnungsmanager werden in den Wohnungen Solltemperaturen für jeden Raum vorgegeben. Das Gerät ist mit Sensoren und Aktoren in der Wohnung vernetzt und regelt die Raumtemperaturen gemäß den Einstellungen der Bewohner. Der Wohnungsmanager bildet die Schnittstelle zur Gebäudesteuerung (Gebäudemanager). Über ihn können den Mietern Heimvernetzungsdienste (zum Beispiel Nachrichten des Wohnungsunternehmens, Abrechnung von Heizkosten, Assistenz­systeme) angeboten werden.

Gebäude: Der Gebäudemanager aggregiert die Daten aus den Wohnungen und steuert die zentrale Heizung und Warmwasserbereitung nach den Bedarfen der Bewohner. In die Steuerung gehen zusätzlich Wetterprognosen und Parameter zur Gebäudephysik ein. Durch die bedarfsgerechte Steuerung der Heizung können, abhängig vom Gebäudetyp und dessen Zustand, bis zu 30 Prozent Energie eingespart werden.

Quartier: In ProSHAPE wurde die aus Wohnungs- und Gebäudemanager bestehende Steuerungslogik um die Ebene des Quartiersmanagers erweitert. Dieser ermöglicht es, Quartiere energetisch zu optimieren. In ProSHAPE übernimmt der Quartiersmanager die Steuerung einer Heizzentrale, die das Quartier mit Wärme und Strom (Mieterstrom) aus einem Blockheizkraftwerk und Spitzenlastkesseln versorgt.

Umsetzung mit Partnern aus der Energie- und Wohnungswirtschaft

Das Dezentrale Energiemanagement wurde im Rahmen von ProSHAPE in einem Quartier (6 Gebäude, 224 Wohnungen) der Wohnungsbaugenossenschaft Zentrum in Berlin, Prenzlauer Berg installiert. Unabhängig von ProSHAPE war in dem Quartier eine Sanierung des Heizungssystems geplant, da die vorhandenen Gasetagenheizungen durch eine zentrale Wärmeversorgung ersetzt werden sollten. Diese erfolgt nun über ein Nahwärmenetz und ein modulierendes BHKW (34 kWel/ 78 kWth), das die Grundlastversorgung für Wärme sicherstellt und Strom für die Mieterstromversorgung produziert. Vier Spitzenlastkessel mit einer Gesamtleistung von 520 kW sichern die Wärmeversorgung bei höheren Lasten im Winter. Ziel ist, die Mieter mit möglichst hohen Anteilen der im BHKW erzeugten Energie (Wärme und Strom) zu versorgen, die Nebenkosten zu senken und einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Das BHKW wurde durch die Berliner Energieagentur finanziert, geplant und errichtet. Es wird zudem durch sie als Energiedienstleister im Contracting betrieben.

Die Technik kann zukünftig auch genutzt werden, um Gebäude als dynamische (netzdienliche) Einheiten in einer regenerativen Energieversorgung zu nutzen. Das BHKW soll dann zusammen mit der Speichermasse der Gebäude und der Heizungssysteme auf schwankende Stromverfügbarkeit im Netz reagieren und diese ausgleichen.

Nutzen der Lösung und Ergebnisse

Das Dezentrale Energiemanagement im Quartier wurde im Oktober 2015 in Betrieb genommen. Folgende Ziele wurden erreicht:

Die Heizkosten der Mieter können voraussichtlich um 15-20 Prozent gegenüber den durchschnittlichen Kosten der Berliner Wohnungsunternehmen gesenkt werden. Dies ist auf die effizientere Heiztechnik sowie die Optimierung durch das Dezentrale Energiemanagement zurückzuführen.

Für die am Mieterstrommodell teilnehmenden Bewohner hat sich der Strompreis (BEA-Kiezstrom) gegenüber dem Grundversorger um ca. 15 Prozent reduziert. Die Mieter können zudem ihre kumulierten Stromverbräuche auf dem Wohnungsmanager einsehen.

Die CO2-Emissionen des Quartiers konnten durch den Einsatz des BHKW um 160 Tonnen pro Jahr gesenkt werden. Weitere Emissionsminderungen resultieren aus dem Einsatz des Dezentralen Energiemanagements.

Ergebnisse einer thermischen Modellierung zeigen, dass das Quartier mit dem vorhandenen BHKW ohne Komforteinbußen als Flexibilisierungsoption genutzt werden kann. In diesem Falle würde der Startzeitpunkt des BHKW variieren und die Gebäude als thermische Speicher genutzt werden. Für das Quartier wurde eine nutzbare verschiebbare Wärmemenge von rund 73 MWh (16 Prozent des gesamten­ Wärmeverbrauchs) ermittelt. 

Mit der intelligenten Gebäudeinfrastruktur ist die Wohnungsbaugenossenschaft einen Schritt in Richtung einer digitalen Gebäudebewirtschaftung gegangen. Die installierte Plattform kann zukünftig nach den Bedürfnissen der Mieter um weitere Dienste ergänzt werden. Aufgrund offener Schnittstellen kann dies modular und einfach umgesetzt werden.

Übertragbarkeit der Ergebnisse

Mit der praktischen Umsetzung der im Projekt ProSHAPE entwickelten Technik wird demonstriert, dass Dezentrales Energiemanagement in Quartieren wirtschaftlich umsetzbar ist und einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende im Gebäudesektor

leisten kann. Gleichzeitig zeigt das Vorhaben auch, wie Quartiere als Bestandteil einer stärker fluktuierenden Energieversorgung genutzt werden können.

Die thermische Modellierung verdeutlicht, dass Quartiere mit ihren Speichermöglichkeiten einen signifikanten Beitrag zur zeitlichen Verlagerung des Energieverbrauchs übernehmen können. In Verbindung mit BHKW können sie genutzt werden, um schwankende Angebote im Netz auszugleichen. Quartiere können sowohl als Produzenten als auch als Speicher von Energie wirken und im Zusammenschluss als virtuelle Kraftwerke genutzt werden. Derzeit fehlen für ein solches netzdienliches Verhalten von Quartieren noch Anreize. Diese könnten aber durch variable Entgelte oder die Befreiung von Steuern geschaffen werden. Die Nutzung des Gebäudebestands für die Energiewende ist sinnvoll, da es sich um existierende Speicher handelt, die mit geringem Aufwand erschlossen werden können. 

Das netzdienliche Verhalten von Quartieren kann zusätzlich durch Power-to-Heat- (Umwandlung von (regenerativer) elek­trischer Energie in Wärme) Technologien gesteigert werden. Mit diesen kann Strom für die Erwärmung von Heizungs- oder Brauchwasser genutzt werden. In einem Nachfolgeprojekt soll untersucht werden, unter welchen Rahmenbedingungen dies möglich ist.

Das Verbundvorhaben ProSHAPE wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Projektpartner sind das Borderstep Institut (Koordination), die Berliner Energieagentur, das DAI-Labor der TU Berlin,­ die Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH, die Redknee Deutschland GmbH, die Wohnungsbaugenossenschaft Zentrum eG sowie die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. Zu den assoziierten Partnern zählen der Bundesverband deutscher Wohnungs- und Immobilienunternehmen (GdW) und der Verband Berlin-Brandenburgischer Wohnungsunternehmen (BBU).

Dr. Severin Beucker
Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH