24. Juni 2024

Hybridspeicher versorgt Quartier mit Wärme und Strom

Wo früher Militärübungen stattfanden, entsteht in Gießen ein energieeffizientes, netzdienliches Neubau-Quartier. Herzstück des Viertels ist ein neu entwickelter Hybridspeicher, der Wärme bis 1200 °C speichern und rückverstromen kann.

EnEff:Stadt FlexQuartier Gießen
© etemTHM

Das fernwärmenetz auf dem ehemaligen Militärgelände in Gießen ist gelegt, die Energiezentrale einsatzbereit und die ersten Wohngebäude sind bereits bezogen. Hier entsteht seit 2020 ein energieeffizientes Neubaugebiet, das einen innovativen Kern hat: Ein Hybridspeicher, der sowohl Wärme als auch Strom speichert. Über 400 Wohneinheiten sowie ein Gewerbepark mit fünf bis sechs Gewerbeeinheiten auf einer etwa zehn Fußballfelder großen Fläche (7,5 Hektar) profitieren davon: Energieressourcen können flexibel genutzt, der Eigenbedarf vermehrt lokal gedeckt sowie Netzkosten etwa für Netzausbau oder optimierte Netzbetriebsführung reduziert werden. Wichtige Voraussetzung hierfür ist eine intelligente, digitale Steuerung des Energiesystems im Quartier.

Wie Strom und Wärmeströme voneinander profitieren

Den Strom- und Wärmesektor vor Ort intelligent miteinander zu verknüpfen, ist Aufgabe von Projektleiter Professor Stefan Lechner (Technische Hochschule Mittelhessen) und seinem Team. Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Forschungsvorhaben FlexQuartier Gießen haben die Projektpartner ein energieeffizientes Quartier erschaffen. Neben der Technischen Hochschule Mittelhessen sind hieran die Stadtwerke Gießen, die Unternehmen Mittelhessen Netz und Smart Power sowie das Stadtplanungsamt Gießen beteiligt.

Bei der Stromversorgung des Quartiers setzen die Partner vor allem auf erneuerbare Energie aus Photovoltaik-Anlagen. Durch Mitwirkung der Stadt Gießen konnte sichergestellt werden, dass auf mindestens 50 Prozent der Dachflächen PV-Anlagen installiert werden. Dies entspricht einer Peakleistung von über 1000 Kilowatt. So kann etwa Strom, der von den Photovoltaik-Anlagen im Gießener Quartier erzeugt und nicht für den Eigenbedarf benötigt wird, im neuen Speicher zwischengespeichert und für das Laden von Elektrofahrzeugen aber auch für die Wärmeversorgung des Quartiers eingesetzt werden. Eine wichtige Säule sind hier elektrisch angetriebene Wärmepumpen. Über diese wird die Abwärme der Energiezentrale sowie die Umgebungswärme für die Bewohnerinnen und Bewohner nutzbar gemacht.

Energieaustausch über die Quartiersgrenzen hinaus

„Im Sommerhalbjahr kann die im Quartier lokal erzeugte Energie in Kombination mit dem neuen Speichersystem einen wesentlichen Teil des Energiebedarfs decken“, erklärt Projektmitarbeiter Felix Holy von der Technischen Hochschule Mittelhessen. Vor allem für die kälteren Monate ist es relevant, dass die Stadtwerke Gießen über ihr Fernwärmenetz erforderliche Wärmeenergie zuliefern. 

Neu: Wärme bis 1200° Celsius wird rückverstromt

Bisherige Speicher lassen sich in mechanische, elektrische, chemische und thermische Technologien einteilen. Der Hybridspeicher im FlexQuartier stellt eine Kombination dieser Kategorien dar. Das aus einem Batteriespeicher, einem LowEx-Wärmespeicher sowie einem neuartigen Hochtemperaturspeicher bestehende System unterscheidet sich von bisherigen Konzepten vor allem dadurch, dass hier Wärme rückverstromt wird. Hierbei wird der einzuspeichernde Strom zunächst in sensible Wärme mit einem Temperaturniveau bis 1200° Celsius umgewandelt. Keramische Formsteine, die sich in einem isolierten thermischen Speicher befinden, speichern die Wärmenergie. Bei Bedarf wird diese mittels einer modifizierten Mikrogasturbine rückverstromt. Dazu wird bei der Entladung ein Luftstrom im thermischen Speicher erwärmt und in einen zweistufigen Rekuperator geleitet, welcher die Wärme auf einen verdichteten Frischluftstrom überträgt. Dieser wird wiederum von der Heißluftturbine entspannt und zur direkten Wärmerückgewinnung wieder in den Hochtemperaturspeicher geleitet.

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