Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Frage der Effizienz

04.12.2012
Was ist, wenn der Strom wegbleibt? Kein Licht, keine Heizung, kein Gerät im Haus funktioniert mehr! Ein Horrorszenario, das im Zusammenhang mit dem Atomausstieg und dem Wechsel zu erneuerbaren Energien öfters durch die Medien geistert. Energiewende ja, aber wie soll das konkret funktionieren?
Diese Frage stellt sich so mancher, der diese öffentliche Diskussion verfolgt. Ansätze und Antworten gibt es viele. Das globale Ziel ist, – darin ist man sich überwiegend einig – eine grundsätzliche Steigerung der Energieeffizienz zu erreichen. So kann die Energiewende letztlich nur durch eine effiziente Gewinnung und Nutzung von Energie aus regenerativen Quellen erfolgreich sein.

Der effizientere Umgang mit Energie ist auch Dreh- und Angelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Abteilung »Energiesysteme« des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP. Elementare Fragen, die sich die Wissenschaftler der Gruppe »Niedrigexergiesysteme« rund um Diplom-Ingenieurin Christina Sager in Kassel täglich stellen, lauten beispielsweise: Wie lassen sich die verschiedenen Sektoren der Wärme- und Stromnutzung in Gebäuden sinnvoll verknüpfen? Welche Rolle spielen Gebäude künftig im Stromnetz, um eine verlässliche Netzstabilität zu gewährleisten?

»Fragen der Versorgungseffizienz lassen sich in größeren Systemzusammenhängen auch besonders effizient lösen. Deswegen betrachten wir bei unserer Forschungsarbeit meist nicht nur ein einzelnes Gebäude, sondern beziehen die umliegenden Häuser bis hin zum gesamten Ort bzw. der ganzen Stadt ebenfalls mit ein«, schildert Sager. In der Diskussion um die Energiewende, so die Ingenieurin, werde eine Energieversorgung angestrebt, die weggehe von den zentralen und konventionellen Lösungen. Das heißt aber vor allem auch: weg von fossilen Brennstoffen, hin zu einer dezentralen und auf regenerativen Energien basierenden Energieversorgung.
»Wir stellen uns in diesem Zusammenhang die Frage, wie die Ziele der Energiewende umgesetzt werden können und wie in Städten nachhaltiger gelebt werden kann«, führt Sager ihre Herangehensweise bei der Forschung und Entwicklung aus. Aus diesen Fragen heraus generieren sich zahlreiche spannende Projekte, so zum Beispiel das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderte Verbundvorhaben „Netzreaktive Gebäude“, dessen Start das Fraunhofer IBP gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE sowie dem E.ON Research Center vor wenigen Monaten verkündet hat. »Ziel dieses Vorhabens, das über vier Jahre laufen wird, ist eine ganzheitliche Betrachtung von Gebäuden als Teil des Energiesystems«, erläutert Sager. Während des Projekts wollen sie und ihr Team der Frage auf den Grund gehen, wie sich Gebäude bzw. große Gebäudegruppen in einem zukünftigen intelligenten Stromnetz verhalten und wie sie so zur Netzstabilität beitragen können.

Der Gebäudesektor ist für rund 40 Prozent des Endenergieverbrauchs in Deutschland verantwortlich. Daher sind eine Bedarfsoptimierung sowie eine Steigerung der Effizienz der Gebäude und der Versorgungsnetze dringend erforderlich. Eine Möglichkeit besteht derzeit in der Einspeisung nicht regelbarer und fluktuierender erneuerbarer Energien. Gleichzeitig ist das aber auch eine Herausforderung: Die erhöhte Fluktuation von Angebotsüberschuss und Versorgungsengpässen aus Wind- und Solarenergie im Strombereich stößt in kommunalen Netzen schon jetzt an ihre Grenzen. Passt man die Netze den sich verändernden Gegebenheiten nicht an, wird es immer wieder zu Problemen bei der Versorgung kommen. »Diese Engpässe können jedoch behoben werden«, so Sager, »zum einen durch die Verwendung von Speichern und zum anderen durch sogenannte Lastverschiebungsmaßnahmen«.
Allerdings ist die Speicherung von elektrischer Energie, die beispielsweise mit Hilfe von Photovoltaik- oder Windkraftanlagen gewonnen wird, nur in beschränktem Maße möglich sowie mit hohem Aufwand und streckenweise technischen Problemen verbunden. »Deshalb muss nach Alternativen Ausschau gehalten werden«, erläutert die Fraunhofer-Expertin die Problematik. Im Gebäudebereich eignen sich insbesondere Heizungspuffer-, Warmwasserspeicher wie auch die Gebäudekonstruktion (Decken und Wände), um Überschüsse aus erneuerbaren Energien relativ zeitflexibel zu nutzen. Und diese haben einen großen Vorteil: »Sie stehen im Gebäudebestand heute schon im großen Maßstab zur Verfügung und können kostengünstig erschlossen werden«, so die Wissenschaftlerin. »Mit Hilfe von Wärmepumpen ist es möglich, den Überschussstrom auch zu einem späteren Zeitpunkt gezielt zu nutzen und mit hoher Effizienz Umweltenergie zu gewinnen. Zur Regelung können intelligenten Stromnetze, so genannte Smart-Grids, herangezogen werden.«

Im konkreten Fall des Projekts „Netzreaktive Gebäude“ stehen deshalb – wie der Name bereits verrät – die Gebäude als Teil des Energiesystems im Vordergrund. Zur Klärung der Frage, wie Gebäude bzw. große Gebäudegruppen sich in einem zukünftigen intelligenten Stromnetz verhalten und wie sie so zur Netzstabilität beitragen können, müssen zunächst die wissenschaftlichen Grundvoraussetzungen geschaffen werden. Dafür werden die Fraunhofer-Forscher die Wechselwirkungen zwischen Gebäude und Versorgungstechnik charakterisieren, in dem sie energetische Analysen von Gebäudekonzepten auf Basis langjähriger Messkampagnen durchführen.
»Im Anschluss entwickeln wir daraus eine ganzheitliche Bewertungsmethodik für Gebäude als Teil des Energiesystems«, erklärt Anna Kallert, die als Doktorandin an dem Projekt arbeitet. »Inhaltlich wollen wir Energiekonzepte für Gebäude unter energetischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten analysieren und besser bewerten können.« Einbezogen werden fünf Bewertungsebenen: die einzelnen Systemkomponenten, das sie umfassende Energieversorgungssystem, das betreffende Gebäude, das durch mehrere Häuser entstandene Quartier sowie letztlich die gesamte Stadt. Zur quantitativen Bewertung verwenden die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP das Exergiekonzept. Dieses erlaubt, Wärme und Strom in ihren exergetischen Qualitäten thermodynamisch korrekt zu beschreiben. Hierzu nutzen die Fraunhofer-Forscher dynamische Modellierungen, um sie so auf Quartiers- wie Stadtebene energiewirtschaftlich zu integrieren und zu bewerten.

Am Ende werden alle drei Projektpartner gemeinsam das Gesamtsimulationsmodell für ein Stadtquartier sowie eine konsistente dynamische exergetische Bewertungsmethodik für Kommunen erarbeiten. So geben sie Planern und Entscheidungsträgern für die Zukunft ein wichtiges Werkzeug an die Hand: »Nachdem wir nicht genau wissen, wie sich das Energiesystem in Zukunft entwickeln wird, sind derartige Gesamtsimulationsmodelle wichtig. Mit ihnen können schon im Vorfeld unterschiedliche Technologieszenarien und Lösungsansätze geprüft werden«, erklärt Sager die Nutzungsperspektive des Projekts.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Christina Sager
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Telefon: +49 561 804-1874
christina.sager@ibp.fraunhofer.de

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Dipl.-Journ. Assja Terseglav
Telefon: +49 8024 643-642
assja.terseglav@ibp.fraunhofer.de

Janis Eitner | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ibp.fraunhofer.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften