Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHTProjektabschluss FlexKaelte
Durch die Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen CO2-Emissionen minimieren und Stromkosten sparen
Einspeisung und Verteilung dezentraler, zeitlich fluktuierender erneuerbarer Energien in unser Energieversorgungssystem sind eine der Herausforderungen der Energiewende. Neben dem Ausbau der Energienetze ist dazu auch der Einsatz von Energiespeichern zum Lastmanagement gefragt. Lag der Fokus von Forschung und Praxis bislang auf der Flexibilisierung von Wärmeversorgungsanlagen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Fraunhofer UMSICHT diese Lücke geschlossen und die Potenziale von Kälteversorgungssystemen untersucht. Ergebnis: Ökonomische und ökologische Vorteile einer Flexibilisierung der Kälteversorgung gehen Hand in Hand.
Charakterisierung von 73 Kälteanwendungen
Am Anfang des Projektes »FlexKaelte« stand eine Metastudie. »Der ermittelte Gesamt-Energiebedarf des deutschen Kältesektors liegt bei 92,7 TWh – davon 85 Prozent elektrisch und 15 Prozent thermisch«, fasst UMSICHT-Wissenschaftler Christoph Goetschkes zusammen. »Insgesamt haben wir 73 unterschiedliche Kälteanwendungen identifiziert und 27 davon in Steckbriefform näher charakterisiert.« Darüber hinaus sind auch Steckbriefe zu Kälteerzeugungs- und Kältespeichertechnologien entstanden, in denen Funktionsweisen erläutert und technologische Parameter dargestellt werden.
Kältesektor weist hohes Flexibilisierungspotenzial auf
In einem zweiten Schritt haben die Forschenden das Flexibilisierungspotenzial von zehn beispielhaft ausgewählten Kälteanwendungs-Standorten untersucht: ein Krankenhaus, ein Labor, eine industrielle Großbäckerei, eine industrielle Fleischverarbeitung, ein Kühlhaus, ein Kleinstrechenzentrum, ein Hochleistungsrechenzentrum, einen Supermarkt, ein Hotel und ein Zulieferunternehmen für die Fahrzeugindustrie. UMSICHT-Wissenschaftlerin Dr.-Ing. Annedore Mittreiter: »Dabei haben wir festgestellt, dass Kälteanwendungen sehr heterogen sind und das Bedarfsprofil von ein- und derselben Kälteanwendung trotz ähnlicher Rahmenbedingungen für verschiedene Standorte deutlich unterschiedlich ausfallen kann. Das bedeutet: Für die praktische Umsetzung müssen für jeden Standort individuelle Empfehlungen ausgesprochen werden, wie die zu flexibilisierenden Kälteversorgungssysteme ausgelegt und betrieben werden sollen.«
Nichtsdestotrotz weisen die Ergebnisse für die betrachteten Standorte übergreifende Ähnlichkeiten auf, so dass die projektbegründete Annahme, dass der Kältesektor ein hohes Flexibilisierungspotenzial aufweist, gestützt werden konnte. Um das Flexibilisierungspotenzial zu quantifizieren, kam ein mathematisches Betriebsoptimierungsmodell zum Einsatz. Es nutzt das zeitlich aufgelöste Ganzjahres-Kältebedarfsprofil als Input und bildet sowohl den Betrieb der Kälteerzeugungsanlagen als auch der Kältespeicher ab. »Unsere Auswertungen zeigen, dass die ökonomischen und die ökologischen Vorteile einer Flexibilisierung der Kälteversorgung Hand in Hand gehen«, stellt Annedore Mittreiter heraus. »So lassen sich durch die Flexibilisierung im Vergleich zum Referenzbetrieb die CO2-Emissionen um 22 bis 39 Prozent, die Strombezugskosten um 35 bis 54 Prozent reduzieren.«
Alle Projektergebnisse – inklusive der Steckbriefe – stehen unter www.flexkaelte.de zur Verfügung. Dort findet sich auch ein interaktiver FlexKaelte-Check, der für Kälteanwender fragebogenbasiert eine erste grobe Abschätzung vornimmt, ob und inwiefern ein Flexibilisierungspotenzial am Standort vorliegt.
Übrigens steht ein Nachfolgeprojekt bereits in den Startlöchern: Dabei werden die »FlexKaelte«-Ergebnisse mit zahlreichen Praxispartnern vertieft und u.a. zwei Demonstratoren mit unterschiedlichen Systemkomponenten aufgebaut.
FÖRDERHINWEIS
Das Projekt »FlexKaelte – Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen für den elektrischen Energieausgleich in Deutschland« wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Kennzeichen: 01EI1007.