Trends im Energiemanagement

Die Transformation der bestehenden Energieversorgungsstrukturen von fossilen Brennstoffen hin zu klimaneutralen, erneuerbaren Energiequellen ist eine Generationenaufgabe von höchster Dringlichkeit.

Das Internet der Dinge ermöglicht eine umfassende Kommunikation zwischen einer Vielzahl von Geräten und ihre intelligente Koordination. Dies wird zu einer Steigerung der Effizienz führen und neue, zuvor nicht mögliche persönliche Dienstleistungen hervorbringen. Die Verfügbarkeit zahlreicher datenbezogener Informationen im Zusammenhang mit Gebäuden eröffnet ein bisher ungenutztes Reservoir an Erkenntnissen. Dadurch wird es möglich sein, den Betrieb eines Gebäudes auf eine Weise zu verstehen, die auf fundiertem Wissen beruht, anstatt wie bisher auf reiner Vorstellungskraft. Ein "intelligentes" Gebäude kann sein volles Potenzial nur entfalten, wenn seine Funktionen entsprechend genutzt werden.

Die Sektorenkopplung beinhaltet die Integration der Mobilität in den Gebäudebetrieb. Ausgehend von einer hauptsächlich regenerativ erzeugten Stromversorgung soll der universelle Einsatz von Strom auch im Bereich der Mobilität ausgeweitet werden. Eine Grundvoraussetzung hierfür ist die regenerative Erzeugung von elektrischem Strom.

Mit Blick auf eine möglichst umfassende Reduktion von CO2-Emissionen wird der klimaneutral erzeugte Strom intelligent für Gebäudeenergiebereiche wie Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Warmwasser und Allgemeinstrom sowie für Elektromobilität genutzt. Dabei setzen ein hoher Eigenstromverbrauch einerseits und die Nutzung überschüssigen Stroms für die Mobilität (z. B. das Laden von Elektrofahrzeugen) andererseits eine umfangreiche regenerative Stromerzeugung voraus.

Für das Energiemanagement eines Areals oder eines großen Gebäudekomplexes bedeutet dies, dass die Energieversorgung ein zusätzliches Thema ist, das in die Energiemanagement-Strategie integriert werden muss. Die lokale Energieversorgung durch eigene Anlagen muss so gesteuert werden, dass sowohl die Versorgungssicherheit als auch ein effizientes Instandhaltungsmanagement gewährleistet sind.

Photovoltaikmodule auf Dachflächen sind bereits etabliert, jedoch noch nicht weit verbreitet. Der erzeugte elektrische Strom aus solchen Modulen spielt eine Schlüsselrolle bei der Umstellung der Energieversorgung. Um möglichst viel Strom aus erneuerbaren Quellen zu gewinnen, ist es entscheidend, alle verfügbaren Flächen dafür zu nutzen. Neben den Dächern bieten auch Fassadenflächen großes Potenzial. Dass Fassaden neben ihrer Funktion als Gebäudecharakterisierung und Wetterschutz keine zusätzliche Aufgabe haben, ist unverständlich. Besonders in der Winterzeit, wenn die Sonne flach steht, besitzt die Fassade als Kollektorfläche gegenüber den Dächern klare Vorteile, da sie dann, wenn der Bedarf am höchsten ist, Energie erzeugen kann. Im Gegensatz zu Aufdachanlagen spielen Verschmutzungen und damit verbundene Leistungsverluste an der Fassade eine viel geringere Rolle.

Die Integration von Fotovoltaik in Bauelemente (BiPV), auch als Energiefassade bezeichnet, nutzt bislang ungenutzte Flächen für die Stromerzeugung. Es gibt eine Vielzahl geeigneter Flächen, wodurch die zusätzlich erzeugte Strommenge erheblich sein kann. Die Entwicklung ästhetisch ansprechender Lösungen hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Fassadenintegrierte Dünnschicht-Solarmodule dienen sowohl als Energielieferant als auch als Gestaltungselement. Insbesondere Architekten schätzen die gestalterischen Möglichkeiten, die sich durch vorgehängte Glasfassaden mit integrierter Fotovoltaik bieten. Dank verschiedener Oberflächen und nahezu unbegrenzter Farbpalette können ansprechende Fassaden mit der zusätzlichen Funktion der Energieerzeugung geschaffen werden. Zudem überzeugen energieerzeugende Fassadensysteme durch ihre eigenständige Amortisation und dank der verwendeten Materialien durch eine lange Lebensdauer.

Der Energieträger Wasserstoff wird als Schlüssel für eine zukünftige nachhaltige und sichere Energieversorgung angesehen. Die Grundvoraussetzung hierfür ist die Produktion von "grünem" Wasserstoff.

Eine entscheidende Stärke des Wasserstoffs liegt in seiner Fähigkeit als Energiespeicher zu dienen. Besonders im Sommer wird überschüssiger Strom aus Solaranlagen zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt. Dadurch wird die Energie in Form von Wasserstoff, einem Energieträger, gespeichert. Bei Bedarf kann der Wasserstoff dann mithilfe von Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt werden, der vielfältig genutzt werden kann.

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit von Wasserstoff besteht in der Umwandlung zu synthetischem Methan oder Methanol. Methan bildet den Hauptbestandteil fossilen Erdgases. Zum Beispiel besteht russisches Erdgas zu etwa 98 % aus Methan. Aus Wasserstoff hergestelltes synthetisches Methan kann problemlos im Wärmemarkt eingesetzt werden, da die bestehende Infrastruktur auf Erdgasbasis genutzt werden kann. Bestehende Heizzentralen mit großen Gaskesseln bleiben erhalten und werden mit synthetischem Methan statt Erdgas betrieben. Die technischen Anlagen, die diese Umwandlung ermöglichen, werden als Power-to-X-Anlagen bezeichnet.

Bei der Implementierung solcher eigenen Energieversorgungssysteme werden neben den eigentlichen Power-to-X-Anlagen auch zusätzliche Komponenten wie verschiedene Speichermöglichkeiten berücksichtigt.