Ein Speicher für alle reicht

„Neben einzelnen Heimspeichern gewinnt die zentrale Energiespeicherung zunehmend an Bedeutung“, sagt Professor Eberhard Waffenschmidt vom Institut für Elektrische Energietechnik der Technischen Hochschule Köln. Welchen Nutzen zentrale Speicher konkret bringen, hat er mit einem interdisziplinären Team in einem Forschungsprojekt untersucht. Die Wissenschaftler simulierten den Einsatz eines Quartierspeichers in Kombination mit Photovoltaikanlagen in einem Wohngebiet. Modell stand eine geplante Klimaschutzsiedlung im nordrhein-westfälischen Bergneustadt.

Auf einer Fläche von 26.400 Quadratenmetern sollen 36 Einfamilienhäuser errichtet werden. Die Stromversorgung basiert auf den PV-Anlagen auf den Hausdächern und dem zentralen Quartierspeicher, der über ein Arealnetz an das öffentliche Netz angeschlossen ist. Zur Wärmeversorgung wird ein sogenanntes kaltes Nahwärmenetz mit Erdsonden und Erdwärmekollektoren eingesetzt, das Bodenwärme mit Temperaturen von 0 bis 15 Grad Celsius nutzt und als Wärmequelle der dezentralen Wärmepumpen in den Gebäuden dient. In jedem der Gebäude sind Ladestationen für Elektrofahrzeuge vorgesehen.

Energiemanagement steuert den Verbrauch

Das Konzept beruht darauf, den erzeugten Strom vorrangig direkt zu verbrauchen, um beispielsweise Wärmepumpen zu betreiben oder Elektroautos zu laden. Überschüssige Energie wird zunächst in den Batteriespeicher geleitet, um sie bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. Darüber hinausgehende Strommengen werden in das öffentliche Netz eingespeist. Eine zentrale Komponente des gesamten Konzepts ist ein Energiemanagementsystem, mit dem sich der Stromverbrauch flexibel steuern lässt.

Die Resonanz auf die Vermarktung der Grundstücke ist laut Projekt-Abschlussbericht zurückhaltend. Bisher reicht die Zahl der reservierten Grundstücke noch nicht aus, um mit der Erschließung des Geländes zu beginnen.

Doch das macht die Analyse und die daraus gewonnenen Erkenntnisse nicht weniger relevant. Die wissenschaftliche Untersuchung erfolgte anhand simulationsgestützter Analysen auf Grundlage der Last- und Erzeugungsprofile des Demonstrationsquartiers. Dabei spielten die Forschenden Varianten mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten sowie verschiedenen Betriebsmodellen durch.

Eines der Ergebnisse: Grundsätzlich führt die Verwendung eines Quartierspeichers dazu, dass mehr des selbst produzierten Stroms genutzt werden kann. Im günstigsten Fall lag die Eigenverbrauchsquote in den Simulationen bei 53 Prozent. Und: Speicher plus PV-Anlage bringen wirtschaftliche Vorteile. Ohne diese Technologien lägen die jährlichen Stromkosten des Quartiers laut Untersuchung bei circa 69.000 Euro. Mit PV und einem Speicher mit einer Kapazität von 300 Kilowattstunden betragen die Gesamtsystemkosten – Strombezug sowie PV- und Speicherkosten – dagegen nur 56.000 Euro.

Höhere Auslastung, mehr Effizienz

Das Projekt zeigt darüber hinaus, dass ein Quartierspeicher Vorteile gegenüber dezentralen Systemen bietet. Mit einem zentralen Speicher lässt sich die lokal erzeugte PV-Anlage besser nutzen. „Gemeinschaftlich genutzte Anlagen weisen gegenüber Heimspeichern eine höhere Auslastung auf, wodurch sich deutliche Vorteile bezüglich Ressourcennutzung und Effizienz ergeben“, sagt Waffenschmidt. Mithilfe des Energiemanagements ließe sich die Stromnutzung durch steuerbare Verbraucher wie Ladestationen und Wärmepumpen zeitlich verschieben, um das Netz zu entlasten und Gebühren einzusparen.

Den Vorteil gegenüber einem Heimspeicher erklärt Waffenschmidt an einem Beispiel: „Stellen Sie sich vor, eine Familie, die eine PV-Anlage nutzt, geht in Urlaub. Sie verbraucht also den produzierten Strom nicht, aber der Nachbar, der zu Hause ist, könnte diesen gut nutzen. Bei einem Konzept mit einem Quartierspeicher geht der überschüssige Strom zunächst an den Nachbarn. Wenn dieser ihn nicht benötigt, wird er in den zentralen Speicher geleitet. Bei einem Heimspeicher würde lediglich der Speicher der Familie gefüllt, ohne die Möglichkeit für den Nachbarn, den Strom zu nutzen.“ Die Vorteile der zentralen Lösung zeigen sich laut Waffenschmidt vor allem dann, wenn Energie von den Bewohnern zu unterschiedlichen Zeiten benötigt wird – etwa, wenn Elektroautos geladen werden.

Das Projekt kommt zu dem Ergebnis, dass der Autarkiegrad – also der Anteil des Energiebedarfs, der durch das PV-Batteriesystem gedeckt wird – bei einem Quartierspeicher bei 67 Prozent liegt. Bei einem Konzept mit mehreren Heimspeichern liegt der Autarkiegrad dagegen bei nur 58 Prozent. Trotz identischer Gesamtkapazität, die in diesem Fall 500 Kilowattstunden beträgt, führt die dezentrale Lösung zu einer geringeren energetischen Selbstversorgung. Mit einem zentralen System werden die Bewohner der Gebäude dagegen unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz und entsprechenden Preisschwankungen.

Ein zentraler Quartierspeicher ermöglicht darüber hinaus weitere Betriebsstrategien, die zusätzliche Potenziale bieten: „Dazu zählt etwa die Lastspitzenkappung – also die gezielte Reduzierung hoher Verbräuche, um Netzentgelte zu senken“, erklärt Waffenschmidt. Da der Speicher direkt am Quartieranschluss eingreift, lässt sich die Spitzenlast laut Projektbericht erheblich reduzieren – um bis zu 65 Prozent. Dies sei selbst mit kleinen und mittleren Speicherkapazitäten ­möglich.

Teilnahme am Primär­regelleistungsmarkt

Eine weitere Möglichkeit für die Nutzung des Quartierspeichers ist die Teilnahme am Primäregelleistungsmarkt. Wenn mehr Strom verbraucht als erzeugt wird, sinkt die Frequenz im europäischen Stromnetz. Um diese stabil zu halten, kaufen Netzbetreiber daher Regelleistung von Anbietern ein. Die Betreiber von Batteriespeichern können davon profitieren.

Der Projektbericht nennt diese Anwendung sogar als die wirtschaftlich vorteilhafteste Betriebsstrategie. Der im Projekt gewählte Modellierungsansatz berücksichtigt allerdings keine Investitions- oder Betriebskosten des Quartierspeichers, da dieser im betrachteten Szenario bereits vorhanden ist und somit keine Neuanschaffung oder außerordentliche Instandhaltung erfordert.

Aber die Teilnahme am Primärregelleistungsmarkt stellt ein Erlöspotenzial dar, das sich zusätzlich heben lässt. Denn durch geeignete technische Einrichtungen kann der Quartierspeicher sowohl dafür als auch für eine Eigenverbrauchsoptimierung genutzt werden. Er muss also nicht für eine der beiden Anwendungen reserviert werden.

Laut Waffenschmidt war der ursprüngliche Plan, dass der Speicher in Bergneustadt von einem eigens von den Stadtwerken Solingen dafür gegründeten Unternehmen betrieben wird. „Grundsätzlich kann ein solcher Quartierspeicher aber auch von einer Genossenschaft betrieben werden“, sagt Waffenschmidt. Unabhängig davon, ob Unternehmen oder Genossenschaft – im Gegensatz zu einem Heimspeicher muss sich nicht der einzelne Nutzer um die Technik kümmern.

Auch das ist ein weiterer Vorteil einer zentralen Lösung: „Die dezentrale Speicherung erfordert von den einzelnen Haushalten ein hohes Maß an Eigenverantwortung, einschließlich Installation, Betrieb, Wartung und der notwendigen Recherche zu den Komponenten“, heißt es im Abschlussbericht. Und weiter: „Diese Anforderungen können eine Hemmschwelle darstellen und die breite Akzeptanz sowie Verbreitung begrenzen.“

Hinzu kommt, dass die gemeinsame Nutzung eines Energiespeichers und damit die gemeinschaftliche Teilnahme an der Energiewende den Zusammenhalt im Quartier stärken kann. Es entstehen neue Formen der Zusammenarbeit und der Teilhabe in der Nachbarschaft.

Netzentgelte drücken auf die Wirtschaftlichkeit

Es gibt jedoch auch einen Nachteil, den der Quartierspeicher im Vergleich zur Heimvariante mit sich bringt. Und der hat sich erst im Laufe Projekts ergeben.

Zu Beginn sei man davon ausgegangen, dass der Quartierspeicher als sogenannte Kundenanlage eingestuft werden könne, erzählt Waffenschmidt. Eine solche Kundenanlage gilt nach dem Energiewirtschaftsgesetz als private Energieverteilanlage, die zwar Energie an mehrere Nutzer weiterleitet, aber rechtlich nicht als öffentliches Energieversorgungsnetz gilt. Sie unterliegt damit nicht der strengen Regulierung wie ein öffentliches Stromnetz.

Sowohl der europäische Gerichtshof als auch der Bundesgerichtshof sind allerdings zu dem Urteil gekommen, dass ein Quartiersnetz nicht als privilegierte Kundenanlage einzustufen ist, sondern als reguliertes Energieversorgungsnetz. Die Folge: Für einen Quartierspeicher fallen Abgaben und Netzentgelte an. „Heimspeicher sind von dieser Regelung ausgenommen, da sie in der Regel im jeweiligen Gebäude installiert und nicht quartiersweit vernetzt sind“, erklärt Jonas Quernheim, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TH Köln. „Sie stellen daher oft die wirtschaftlich attraktivere Alternative dar.“

Es gibt noch weitere Argumente für die dezentralen Systeme. Im Verlauf der Projektlaufzeit habe sich eine erhebliche Kostensenkung bei Heimspeichern gezeigt, sodass der ursprünglich erwartete deutliche finanzielle Vorteil von Quartierspeichern zunehmend geringer werde, heißt es im Abschlussbericht. „Mittlerweile haben sich die Preise für Heim- und Quartierspeicher einander angenähert und liegen inzwischen nahezu auf gleichem Niveau.“ Inzwischen sei es zudem möglich, mit Heimspeichern an Regelleistungsmärkten teilzunehmen, was die Betriebskosten weiter senke.

Politik ist gefordert

Im Schlusswort des Berichts werden die regulatorischen Hürden kritisiert. Das Projekt zeige, dass politische Rahmenbedingungen technischen Lösungen oft nicht ausreichend Raum geben würden. Dabei seien die notwendigen Technologien vorhanden und könnten dort eingesetzt werden, wo Kommunen, Energieversorger und Bürgerinnen sowie Bürger zusammenarbeiten. „Jetzt ist die Politik gefragt, um praktikable rechtliche Rahmenbedingungen zu schaffen“, sagt Waffenschmidt. „Die Energiewende wird nur gelingen, wenn die Menschen den regenerativ erzeugten Strom vor Ort speichern und nutzen können.“