Studie
Reduktion des Netzausbaubedarfs durch Prosuming
Wie kann durch die Kombination von Erzeugung, Verbrauch und Batteriespeicher an einem Ort Netzinfrastruktur effizienter genutzt werden?
Dezentrale private PV-Generatoren schaffen einen Anreiz, sich mit dem eigenen Energieverbrauch und der Erzeugung (Prosuming) auseinanderzusetzen. Dies kann auf der einen Seite ein entscheidender Schlüssel zur Vermeidung von unnötigem Netzausbau sein und auf der anderen eine Doppelnutzung der vorhandenen Netzinfrastruktur ermöglichen. Diese Effizienz hält die Netzausbaukosten gering. Aber kann dies auch gelingen, wenn alle Solaranlagen gleichzeitig einspeisen und Wärmepumpen heizen? Ja, das geht!
Grundlage für die Untersuchung: 57 Haushalte mit unterschiedlichen Technologiekombinationen
Um das Verhalten von ausgewählten Ausbauszenarien in Haushalten abzubilden, wurden verschiedene Konstellationen von PV, Batterie, Elektroauto und Wärmepumpe über den Verlauf eines Jahres simuliert und die Auswirkungen auf den anliegenden Netzstrang analysiert.
Die Gleichzeitigkeit der Netznutzung ist dabei entscheidend für den Ausbaubedarf, daher wurde hier besonderes Augenmerk in der Modellierung gelegt. Alle 57 Haushalte sind je nach Szenario mit den gleichen Geräten, jedoch mit individueller Nutzung ausgestattet, was einer Durchdringungsrate von 100 % unter Realitätsnähe entspricht. Weiterhin wurden Batteriespeicher, Wärmepumpen und Elektroautos als smarte Prosuming-Anlagen, also besonders netzdienlich, gesteuert.
Neben realen Haushaltslastprofilen stellen unterschiedliche Einfamilienhäuser, die im Mittel eine Nutzfläche von 140 Quadratmetern haben, die Grundlage des Energiebedarfs dar. Sie werden in den Szenarien durch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe vom Typ Stiebel Eltron WPL 13 mit jeweils 500 Litern Puffer- und 250 Litern Trinkwarmwasserspeicher, 10-kW-PV-Generatoren, 10-kWh- bzw. 20-kWh-Batteriespeicher mit einer Leistung von 10 kW und einem Elektrofahrzeug ergänzt.
Netzausbaubedarf: Der Trafo macht den Unterschied
Wie die Leitungen eines konkreten Netzes ausgebaut werden müssen, lässt sich nicht allgemein beantworten. Hier unterscheiden sich die Netzformen deutlich voneinander. Am Transformator laufen jedoch alle Leitungen zusammen. Er ist das Bindeglied zwischen den Netzebenen. Der Netzaustausch mit der übergeordneten Netzebene stellt daher, unabhängig von der Netzform, eine wichtige Kenngröße dar. Ob der Transformator die Leistung noch bewältigen kann, hängt von seiner Betriebstemperatur ab. Die Heißpunkttemperatur ist hier entscheidend und wird nach DIN IEC 60076-7 ermittelt. Sie wurde in der Simulation mit den Stufen „Ok“, „Erhöhte Alterung“, „Grenzwertig“ und „Ausschluss“ bewertet. Die Untersuchung zeigt: Nur im Basisszenario, in dem lediglich die Haushaltslast berücksichtig wird, ist für das modellierte Beispielnetz stets ein 160-kVA-Transformator notwendig. Dieser kann die Leistung in allen Szenarien bedienen und durch die intelligente Kombination von Prosumern in Spitzenzeiten sogar entlastet werden.
Intelligent betriebene PV-Speichersysteme können Spitzenleistungen von Wärmepumpe und Elektroauto kappen — und umgekehrt
Zweifellos steigen durch die fortschreitende Durchdringung von Wärmepumpen und Elektroautos der Leistungs- und Energiebedarf an. Dies gilt weniger für das Elektroauto und mehr für die Wärmepume, da die Gleichzeitigkeit geringer ist. Solarstromspeicher können so geregelt werden, dass sowohl eine maximale Einspeiseleistung als auch die Bezugsleistung stets eingehalten werden. Die Fallstudie zeigt, dass smart betriebene PV-Speichersysteme die Leistung am Transformator reduzieren und diesen entlasten.
Somit verursachen PV-Speichersysteme keinen zusätzlichen Netzausbaubedarf, der über den ohnehin notwendigen Ausbaubedarf für neue elektrische Verbraucher wie Wärmepumpen und Elektroautos hinausgeht. Das beispielhafte Modellnetz muss Lasten von bis zu 300 kW bedienen können – die kumulierte Einspeiseleistung aller PV-Generatoren wäre aufgrund der zeitgleichen Nutzung vor Ort selbst bei einer 100-prozentigen Durchdringung deutlich geringer.
Die vorliegende Studie untersucht nicht den Einfluss dynamischer Stromtarife oder zeitvariabler Netzentgelte, die als Preissignal einen Anreiz für die Nutzung in bestimmten Zeiträumen setzen sollen. Dieses Verhalten sollte in weiteren Untersuchungen vertieft werden.
