«Wir bringen Sonne in den Keller»

«Wir bringen Sonne in den Keller»

Wozu der Warmwasserboiler gut ist, sagt schon sein Name. Doch wussten Sie, dass dieses Alltagsgerät eine wichtige Rolle in der Netzinfrastruktur der Zukunft spielen kann? Das EKZ Smart Grid Labor verhilft bereits installierten Boilern zu einer Zusatzaufgabe.

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Erneuerbare Energien spielen eine immer wichtigere Rolle in der Stromversorgung. Ihr im Rahmen der Energiestrategie 2050 geplanter Ausbau stellt die Verteilnetze jedoch vor grosse Herausforderungen. Energieträger wie Wind und Sonne produzieren Strom wetterabhängig – egal wie hoch der aktuelle Strombedarf gerade ist. Die Folge: Das Stromnetz muss intelligenter werden. Es soll nicht nur mit Schwankungen im Stromverbrauch umgehen, sondern auch die ungleichmässige Stromproduktion abfedern können. Neue Wege der Verbrauchssteuerung und Speicherung müssen also gefunden werden.

 
«Wenn bei Sonnenschein besonders viel Strom produziert wird, kann der Überschuss für die Warmwasseraufbereitung in bereits bestehenden Boilern genutzt werden.»

 

Das ist die Aufgabe, die sich die Mitarbeitenden des EKZ Smart Grid Labors gestellt haben. Hier werden kostensparende Massnahmen im Bereich intelligente Netze identifiziert und entwickelt sowie ihre Umsetzung vorbereitet. Das neueste Pilotprojekt widmet sich – stark vereinfacht – der Aufgabe, Solarenergie lokal zu nutzen und nicht über das Stromnetz zu weit entfernten Verbrauchern oder in ferne Speicher zu transportieren. Dazu musste zunächst einmal ein Ort gefunden werden, der die richtigen Voraussetzungen für die Versuchsanordnung bietet. Die Wahl fiel auf Rickenbach-Sulz. Michael Koller, Leiter Technologiemanagement der EKZ, erläutert die Kriterien: «Wir haben hier zum einen eine grosse Solaranlage, die Überschüsse produziert, zum anderen liegen in unmittelbarer Nähe viele Einfamilienhäuser, die alle jeweils über einen bestehenden Warmwasserboiler verfügen.» Besagte Solaranlage ist mehr als 3000 Quadratmeter gross und steht auf den Hallendächern des Verpackungsunternehmens Wegmüller. Das Unternehmen bekennt sich zu ressourcenschonenden Technologien und setzt bereits seit 2012 auf Sonnenenergie. «Die daraus gewonnene Energie entspricht zu nahezu 100 Prozent dem Strombedarf unseres Unternehmens», sagt Geschäftsführer Marc Wegmüller. Dann gibt es also gar keine Produktionsüberschüsse? «Doch, denn die gewonnene Energie steht eben nicht immer genau dann zur Verfügung, wenn sie benötigt wird», erklärt Koller. Der gerade nicht benötigte Strom müsste also irgendwo gespeichert werden, damit die gesamte Produktionsmenge genutzt werden kann.

Auf die Steuerung kommt es an

Gerade bei schönem Wetter entstehen Spitzen bei der Einspeisung des Solarstroms ins Verteilnetz. Da es aber immer mehr Solaranlagen gibt, wird die Netzsteuerung zunehmend komplexer. Hier setzt das Pilotprojekt in Rickenbach an: Wenn bei Sonnenschein besonders viel Strom produziert wird, kann der daraus resultierende Überschuss für die Warmwasseraufbereitung in den bereits bestehenden Boilern genutzt werden und gelangt erst gar nicht ins übergeordnete Verteilnetz. Diesen Vorgang nennt man dynamisches Lastmanagement. «Damit können Produktions- spitzen im Netz aufgefangen werden, was einen wertvollen Beitrag zur Netzstabilität leistet», erklärt der Fachmann. Dazu mussten in Rickenbach zunächst einmal drei Komponenten vernetzt werden: die Solaranlage, die mit neuen intelligenten Zählern und Lastschaltgeräten ausgerüsteten Haushalte sowie eine zentrale intelligente Steuerung. Anhand von Wetterprognosen wird nun bestimmt, wann welche Menge an Solarenergie in die Boiler geleitet werden soll, anstatt das Netz grossflächig zu belasten. Rund vier Jahre lang haben Experten der ETH Zürich, des Herstellers von Energiemesssystemen Landis+Gyr und der EKZ gemeinsam geforscht und entwickelt, um dieses Pilotprojekt zum Leben zu erwecken. Wenn es erfolgreich verläuft, könnte die Steuerung auch auf andere Verbraucher wie etwa Wärmepumpen ausgeweitet werden.

Dabei sein, wenn Innovation entsteht

Die teilnehmenden Haushalte haben dabei keine Komforteinbussen: Wenn die Sonne nicht scheint, wird der Boiler konventionell erwärmt. «Wir konnten rund 30 Haushalte in Rickenbach zur Teilnahme an diesem zukunftsweisenden Projekt gewinnen », meint Koller. Arnold Senn ist einer von ihnen. «Die Energie, die direkt nebenan bei Wegmüller gewonnen wird, kann auf diese Weise sinnvoll genutzt werden», bemerkt er. In seinem Haus wurde – wie bei allen Pilotteilnehmern – der traditionelle durch einen intelligenten Stromzähler ersetzt. Diese sogenannten Smart Meter zeigen den Energieverbrauch und die Nutzungszeit an und sind in ein Kommunikationsnetz eingebunden. Die erhobenen Daten werden automatisch an die EKZ übertragen und ermöglichen dadurch eine intelligente Netz- und Ressourcensteuerung. Haben die Projektteilnehmer denn auch etwas von ihrer Mitwirkung? «Ja», beteuert Senn, «während der Projektdauer wird uns für unseren gesamten Stromverbrauch nur der Niedertarif verrechnet.» Ein schöner Nebeneffekt für die Rickenbacher – hinzu kommt das gute Gefühl, bei der Entstehung einer Innovation mitzuwirken.

Im Hinblick auf die zukünftigen Herausforderungen im Verteilnetz haben die EKZ das EKZ Smart Grid Labor gegründet. Das Leuchtturmprojekt des Labors ist der grösste Batteriespeicher der Schweiz in Dietikon.

Netzkosten in der Energiewende im Griff

Ein wichtiges Ziel ist es, die Energiewende mit möglichst geringen Zusatzkosten zu erreichen. Das EKZ Smart Grid Labor sucht Antworten auf zahlreiche Fragen, zum Beispiel, wie man die Photovoltaik am besten ins Verteilnetz einbindet, ab wann sich Speicher zur Vermeidung von Spitzenlasten rechnen oder wie sich die Netzplanung anpasst, um Smart-Grid-Konzepte zu berücksichtigen.

Prognosen für die Solarproduktion

Neben der Erprobung von Batteriespeichern für das Verteilnetz liegt der Fokus des Smart Grid Labor bei Systemfragen im Zusammenhang mit der Photovoltaik. Auf der Basis möglichst genauer Prognosen entwickelt es Strategien für den Umgang mit der wetterbedingten Unbeständigkeit von Photovoltaik.