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Best-Practice-Beispiel: Alles im Fluss

Schwimmendes Haus wird herangeschleppt

Die Schoonschip Community im Aufbau: In dem nahezu energieautarken Quartier mit schwimmenden Häusern wird eine neue Form des Energiemanagements realisiert. (Copyright: Fraunhofer ITWM)

Alles im Fluss

Energiemanagement des Fraunhofer Instituts steuert Wassersiedlung bei Amsterdam

In den Niederlanden entsteht derzeit ein schwimmendes Quartier mit einem nachhaltigen Wohnkonzept, das nahezu energieautark sein wird. Dafür sorgen PV-Anlagen, Wärmepumpen, Batteriespeicher und ein Microgrid, das alle 30 Häuser vernetzt. Ein Energiemanagementsystem verknüpft die Sektoren und stellt sicher, dass der Strom dabei immer zuverlässig fließt.

Wovon manch gestresster Bauherr träumt, ist in den Niederlanden, im Norden von Amsterdam, Realität geworden: Im Mai kamen 15 fertige Häuser über einen Seitenarm des IJ-Kanals herangeschwommen. Sie wurden gezogen von Schleppern und schließlich an Stegen verankert. Die neue Siedlung auf dem Wasser umfasst nun 22 schwimmende Häuser, 30 sind insgesamt geplant, die Platz für 46 Wohneinheiten sowie Gemeinschaftsräume bieten werden.

Einer für alle – nicht nur beim Stromanschluss

Das Besondere an dem neuen Quartier mit dem Namen Schoonschip sind aber nicht die schwimmenden Fertighäuser, sondern dass hier das größte, energieautarke Quartier Europas auf dem Wasser entsteht. Schoonschip lässt sich mit „Klar Schiff“ übersetzen, schoon bedeutet aber auch sauber, schön oder abgasfrei. Alle drei Attribute sind in der Siedlung Programm: Sie hat zwar einen Strom- aber keinen Gasanschluss. Die benötigte Energie soll größtenteils über PV-Module auf den Häusern abgedeckt werden. Das Grauwasser, beispielsweise vom Duschen und Waschen, wird getrennt gesammelt und wiederverwendet. Das Schwarzwasser aus den Toiletten soll genutzt werden, um mittels Fermentation Biogas herzustellen. Aus dem Duschwasser wird die Wärme zurückgewonnen. Begrünte Dächer und schwimmende Gärten sollen die Natur ins Quartier holen. Bei alldem verstehen sich die zukünftigen Bewohner als Genossenschaft, die ihr Quartier gemeinsam planen, vorantreiben und unterhalten.

Das gilt insbesondere auch für die Energieversorgung. Jedes Haus wird mit einer Wärmepumpe ausgestattet, die die Wärme aus dem Kanal nutzt. 500 Solarmodule sollen den benötigten Strom erzeugen, Wärmepumpen und Batterien speichern ihn für sonnenarme Zeiten. Die Energiegenossenschaft betreibt ein eigenes Microgrid, das heißt, alle Häuser sind untereinander vernetzt. Zum öffentlichen Stromnetz gibt es nur einen einzigen, gemeinsamen Netzknoten. Der soll die Stromversorgung auch in Spitzenverbrauchszeiten, bei leeren Batterien und wenig Sonne sicherstellen. Aus Kostengründen haben die Planer keinen Mittelspannungsanschluss, sondern nur den größtmöglichen Niederspannungsanschluss mit 135 kVA gewählt. Der ist allerdings relativ klein für die Anzahl der Wohneinheiten, was zu Engpässen und Überlastung des Netzanschlusspunktes führen kann.

Energiemanagementsystem überwacht und steuert

Das verhindert Amperix, das Energiemanagementsystem des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, das im Competence Center High Performance Computing entwickelt wurde. Das System besteht aus Steuergeräten und der myPowerGrid-Webplattform als Schnittstelle, über die die Energieflüsse anhand von Grafiken und Datenanalysen transparent dargestellt werden. Jedes Haus verfügt über eine Amperix-Steuerbox, die über auslesbare Zähler jeweils Strombedarf und -produktion, den Ladezustand der Batterie und die Temperatur im Pufferspeicher erfasst. Ein zentraler Amperix überwacht den dreiphasigen Netzanschlusspunkt und regelt über die Steuergeräte in den einzelnen Häusern, ob zum Beispiel Batterien be- oder entladen werden oder die Wärmepumpen überschüssigen Strom als Wärme speichern sollen. Doch das System verarbeitet nicht nur aktuelle Messdaten, sondern erstellt auch Lastprognosen für den Haushaltsverbrauch und die Wärmepumpe. Über die myPowerGrid-Plattform nutzt es den Prognoseservice PVCAST, um die solare Stromproduktion vorhersagen zu können. Auf diese Weise kann die Genossenschaft möglichst viel selbst erzeugten Strom nutzen. Ausschlaggebend für die Regelung ist die maximale Kapazität des Anschlusspunktes.

Peak-Shaving spart Kosten

Es geht aber nicht nur um eine möglichst lokale und sichere Eigenversorgung, sondern auch um Geld: Die jährliche Gebühr für den gemeinsamen Netzanschluss richtet sich unter anderem nach der Leistungsspitze, nicht nur nach der insgesamt bezogenen Strommenge. Der Amperix reduziert die Leistungsspitzen und somit die Kosten für die Gemeinschaft, indem die Speichermöglichkeiten optimal ausgenutzt werden.

Für das Projekt ist das ITWM durch diverse Ausnahmegenehmigungen von den üblichen Regularien in den Niederlanden weitgehend befreit, wodurch das Institut dort manches ausprobieren kann, was sonst nicht ohne weiteres möglich wäre. „Für uns bietet Schoonschip die einzigartige Gelegenheit, unsere Quartiersmanagement-Technologie weiterzuentwickeln und unter realen Bedingungen zu betreiben“, schwärmt Matthias Klein, im Competence Center High Performance Computing verantwortlich für die Gruppe Green by IT.

Zum Konzept von Schoonschip gehören auch Elektrofahrzeuge, die die Genossenschaft gemeinsam nutzen will. Die Wallboxen dafür stehen auf einer Fläche auf dem Festland, die den Bewohnern gehört. Auch die Ladestationen könnten in das Amperix-System eingebunden werden, doch das Kabel zur deren Anbindung müsste über öffentlichen Grund gehen, darum sind die Wallboxen nicht ins Energiemanagementsystem integriert. Möglich wäre auch ein lokaler Energiemarkt unter den Bewohnern, doch die sehen den PV-Strom als Allgemeingut, ein Handel untereinander ist nicht vorgesehen.

Schoonschip ist Bestandteil des Projekts Grid-Friends, welches vom ERA-Net Smart Grids Plus und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird. Projektpartner sind das Centrum Wiskunde & Informatica (CWI, Amsterdam), Spectral (Amsterdam) und evohaus (Karlsruhe). Übergeordnetes Ziel ist die Optimierung der Koordinierungsmechanismen zwischen einzelnen Energieverbrauchern und -erzeugern. (SP)

Weitere Informationen: Fraunhofer ITWM