Forschung
Nachbarschaftlicher Strom-Ausgleich für eine sanfte Energiewende

Die Fachhochschule Nordwestschweiz arbeitet an Modellen für die lokale Energiespeicherung. So könnten dereinst die Kosten für den Netzausbau, welche sehr hoch sind, massiv gesenkt werden.

Daniel Haller
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Jürg Bichsel im Labor in Muttenz. Hier wird getestet, wie die Haustechnik verschiedener Häuser intelligent miteinander kommuniziert, um Strom optimal zu nutzen und Energie zu speichern. Juri Junkov

Jürg Bichsel im Labor in Muttenz. Hier wird getestet, wie die Haustechnik verschiedener Häuser intelligent miteinander kommuniziert, um Strom optimal zu nutzen und Energie zu speichern. Juri Junkov

Juri Junkov

Bisher schaltet die sparsame Hausfrau den Geschirrspüler und die Waschmaschine erst um 22 Uhr ein, denn sie will vom billigen Nachtstrom profitieren. Das Modell mit nur zwei unterschiedlichen Stromtarifen sei obsolet, findet Jürg Bichsel, Leiter des Instituts Energie am Bau der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Muttenz.

Heute sei an der Börse der Strom über Mittag, wenn die Photovoltaikanlagen ihre Spitzenleistung erbringen, am billigsten. Die starren Tarife der Energieversorgungsunternehmen (EVU) geben aber die aktuellen Preise nicht an den Endkunden weiter – nicht zuletzt deshalb, weil auch die Netznutzung in den Spitzenzeiten teurer ist.

Dies hat unerwünschte Folgen: Die Verbraucher kümmern sich nicht selber darum, Strom dann zu beziehen, wenn er im Überfluss vorhanden ist und zu sparen, wenn er knapp ist.

Verbrauchszeitpunkt optimieren

Genau solche Konsumenten, die auf die sich ständig ändernde Situation reagieren, benötigen Bichsel und seine Mitforscher an der FHNW aber, um eine Herausforderung der Energiewende zu bewältigen: Je mehr kleine und grössere Solarkraftwerke ans Netz gehen, desto unregelmässiger ist die Stromproduktion.

Zeitweilig überschüssigen Strom kann man grosstechnologisch speichern – etwa durch Pumpspeicherkraftwerke in den Alpen oder die Umwandlung in Erdgas. Auch an individuellen Lösungen, wie man den Verbrauch und die künftig unregelmässige Stromproduktion miteinander harmonisiert, wird gearbeitet: So bietet Alpiq ein Steuergerät unter der Bezeichnung Gridsense an, welches das Nutzerverhalten und die unregelmässige Stromproduktion zur Deckung bringen will.

Und Swisscom Energy Solutions bringt ein Gerät namens Be-Smart auf den Markt, das durch Verschiebung des Heizzyklus die Schwankungen in der Energieproduktion ausgleichen soll.

Gemeinsam speichern

Das Smart-Stability-Prinzip: Wärmepumpen und Warmwasseraufbereiter laufen dann, wenn die Photovoltaik auf dem Dach Spitzenstrom liefert. Nachts werden sie ausgeschaltet. «Dies geht ohne Komfortverlust», ist Bichsel überzeugt, «denn in gut gedämmten Häusern fällt dabei die Temperatur dabei nur in einem Bereich, den man kaum wahrnimmt.»

Zentral am Forschungsprojekt der FHNW ist, dass dies nicht für Einzelhäuser, sondern für ganze Gruppen funktionieren soll: Die Häuser sollen via Internet untereinander kommunizieren: Wer bekommt gerade zuviel Strom vom Dach? Wer hat noch Heizbedarf? Wessen Warmwasserspeicher könnte ein paar Kilowattsunden aufnehmen? Und zu welchem Preis wird der Strom von Müllers Dach in Meyers Keller in Wärme umgewandelt? Die Steuergeräte sollen also nicht nur Energieinformationen austauschen, sondern auch miteinander verhandeln. Der Vorteil: Durch die dezentrale Speicherung muss man für die Energiewende massiv weniger in den Netz-Ausbau investieren.

Smart Stability entwickelt so ein bewährtes Modell weiter: Viele EVU schalten schon heute per Rundsteuerung Wärmepumpen oder Elektroboiler in Spitzenzeiten aus. Neu ist, dass eine Gruppe von Konsumenten lokal Spielräume ausnutzt, um den Verbrauch zu optimieren. Voraussetzung: Sie müssen per Wärmepumpe heizen und zumindest ein Teil sollte selber Solarstrom produzieren.

«Die lokale Speicherung ist energiepolitisch sinnvoll. Sie setzt sich aber nur durch, wenn wir wirtschaftlich interessante Modelle entwickeln», erklärt Bichsel. Es geht also nicht nur um Technik. Deshalb arbeiten drei Institute der FHNW gemeinsam am Konzept. Kommerziell könnte sich Smart Stability an ein Modell anlehnen, das EVU oft mit grossindustriellen Verbraucher vereinbaren: Der Kunde bezieht dauerhaft eine innerhalb einer Bandbreite variierende Strommenge zu einem günstigen Tarif. Verbraucht er ausnahmsweise zu viel oder zu wenig, kommt es zu massiven Strafen: Dann wird’s richtig teuer.

Energie untereinander verteilen

Eine Gruppe vernetzter Smart-Stability-Kunden könnte mit dem regionalen EVU ein solches Bandbreitenprodukt aushandeln. Damit würden die Kunden ihren selbst erzeugten Solarstrom ergänzen und untereinander die Energie verteilen und speichern: So, dass sie beim EVU nicht in den Bereich der happigen Straftarife schlittern. Auch für die optimale Verteilung innerhalb der Gruppe seien deutliche Tarifunterschiede zwischen Überfluss- und Mangelsituationen entscheidend, ist Bichsel überzeugt. Geht es nur um Rappenbruchteile, fehle der Anreiz.

«Für Smart Stability muss man keine neue Hardware erfinden», betont Bichsel. Die automatisch miteinander kommunizierenden Häuser könne man mit Steuerkästen bestücken, wie die Industrie sie für vielfältige Zwecke einsetzt.

Nötig ist hingegen eine entsprechende Software. Diese muss man zudem mit den richtigen Parametern füttern: Innerhalb welcher Bandbreite soll man die Temperatur im Wärmespeicher halten? Dies hängt von der Dämmung ab, aber auch den Gewohnheiten der Bewohner. Was sind sinnvolle Grenzen? Zu welchen Preisen soll die Energie innerhalb der Stabilitätsgruppe übertragen werden? Welche Daten müssen die Häuser austauschen? Welche Tarifmodelle müssen die EVU anbieten, damit Smart-Stability-Gruppen wirtschaftlich interessant sind? Welche Infrastruktur ist erforderlich? Solche Fragen klären Bichsel und seine Mitarbeiter derzeit in einem eigens dafür gebauten Laborgebäude in Muttenz. Per Computer simulieren sie verschiedene Haustypen und Wetterlagen, im Labor reagieren dann reale Solarpanels, Wärmepumpen und Speicher auf die eingespeisten Daten.

In rund einem Jahr wollen die Forscher die Ergebnisse in der Gemeinde Wölflinswil (AG) in einem Feldversuch testen. «Das Modell ist primär für ländliche Regionen interessant: Dort haben 80 Prozent der Neubauten eine Wärmepumpe.»

Smart Stability allein werde nicht alle Herausforderungen der Energiewende bewältigen, meint Bichsel. Je nach Situation seien unterschiedliche Lösungen nötig. Auch könne die lokale Speicherung zwar die Tageskurven des Verbrauchs der Produktion anpassen. Auch die Wochenkurve lasse sich damit glätten. Doch für die Unterschiede im Jahresverlauf brauche es weitere Speichermöglichkeiten wie beispielsweise Pumpspeicher-Kraftwerke.