FlexKaelte: Kälteversorgungssysteme flexibilisieren

Im Fokus des Projektes »FlexKaelte« steht die Frage, welchen Beitrag die Kälteversorgung zur Transformation der Energiesysteme leisten kann. Dabei arbeiten die UMSICHT-Forschenden die Potenziale heraus, die Kälteversorgungsysteme in Verbindung mit Kältespeichern für den elektrischen Energieausgleich besitzen. In diesem Zuge entwickeln sie Energiemodelle zur technisch-wirtschaftlichen Bewertung von flexibilisierten Kälteversorgungssystemen. Am Ende des Projektes soll eine Web-App stehen, welche die erarbeiteten Ergebnisse für verschiedene Zielgruppen aus Praxis und Wissenschaft aufbereitet und mit deren Hilfe Unternehmen FlexKälte-Optionen berechnen und bewerten können.

Eine der großen Herausforderungen der Energiewende besteht in der Anpassung der bisherigen Energieversorgungssysteme. Sie müssen zukünftig dezentrale, zeitlich fluktuierende, erneuerbare Energien einspeisen und verteilen. Das erfordert sowohl einen Ausbau der Energienetze als auch den Einsatz von Energiespeichern oder Lastmanagement zum Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch. Neben klassischen Stromspeichern wie Batterien können dabei auch Wärme- und Kälteversorgungsanlagen in Kombination mit thermischen Energiespeichern zum Einsatz kommen.

Der Kältesektor bringt ein hohes Potenzial zur Lastverschiebung mit

Bislang allerdings konzentrieren sich Forschung und Praxis beim Lastmanagement fast ausschließlich auf die Flexibilisierung von Wärmeversorgungsanlagen – zum Beispiel in Gestalt von Wärmepumpen, Widerstandsheizungen oder flexibel steuerbaren Blockheizkraftwerken. Mit Blick auf die Kälteversorgung gibt es dagegen sowohl auf methodischer als auch auf Anwendungsebene eine Vielzahl an Forschungslücken. Und das obwohl auch der Kältesektor ein hohes Potenzial zur Lastverschiebung mitbringt.

So lässt sich die Kälteerzeugung u.a. nutzen, um im Sommer Stromüberschuss aus Photovoltaikanlagen in das Produkt Kälte zu wandeln und zu speichern. Dabei müsste die Lastverschiebung nur über einen geringen Zeithorizont erfolgen. Aber auch in Frühling, Herbst und Winter benötigen Produktionsprozesse wie in der Nahrungsmittel- oder Chemieindustrie Kälte, genauso auch Rechenzentren oder Krankenhäuser. Konkret liegt der Endenergiebedarf für die Kälteerzeugung in Deutschland zwischen 80 bis 90 TWh/a. Da ein Großteil davon durch Strom gedeckt wird, fließen insgesamt 14 Prozent des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland in die Kälteerzeugung.

Die UMSICHT-Forschenden erstellen zunächst eine Metastudie zu Umfang und Art von Kälteanwendungen in Deutschland. Dabei beleuchten sie u.a. die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für eine mögliche Flexibilisierung der Kälteversorgung. Basierend auf ihren Ergebnissen beschreiben sie dann den Stand der Technik bei den spezifischen Kälteanwendungen und nehmen eine Kategorisierung vor.

Es folgen die Erarbeitung von Szenarien zur Systemkopplung sowie von Modellen, die das dynamische Verhalten der Kälteversorgungssysteme abbilden und eine Bewertung der Flexibilisierung des Kälteanlagenbetriebs ermöglichen. Parallel dazu betrachten die Forschenden reale Kälteversorgungssysteme an zehn Beispielstandorten. Abschließend bewerten sie die Flexibilisierung der Kälteversorgung in Deutschland und tragen ihre Ergebnisse in die Breite – sowohl in Form einer Web-App als auch verschiedener Workshop-Formate.