Bauen & Wohnen

Eine Box als Schlüssel zur Energiezukunft

Erneuerbare Energien sind im Vergleich zu traditionellen Energieträgern schwieriger zu speichern. Eine mögliche Lösung ist die Vernetzung verschiedener Energiesysteme, was allerdings eine geeignete Schnittstelle voraussetzt. Die von der «Stiftung Umwelt Arena Schweiz» und ihren Partnern entwickelte innovative Hybridbox ermöglicht ebendies. In einem Mehrfamilienhaus in Zürich Leimbach wird nun seit mehr als einem Jahr ihre Praxistauglichkeit getestet.

Remo BürgiRemo Bürgi4 min

Elf Familien wohnen seit Anfang 2018 im Leimbacher «Mehrfamilienhaus mit Energiezukunft», wie es die Initianten nennen. Das Gebäude dient nicht nur als Wohnraum, sondern gleichzeitig als kleines Kraftwerk: Auf dem Dach und an den Fassaden sind Photovoltaik-Module installiert. Dadurch generiert das Haus Solarenergie, die den Strombedarf der Bewohner weitgehend abdeckt. Zudem stehen im Gebäude je eine Tankstelle für Elektro- und Erdgas-Fahrzeuge bereit, wobei der benötigte Strom bzw. das benötigte Gas ebenfalls aus der hauseigenen Produktion stammen. Das Spezielle am Projekt in Leimbach ist, dass im Sommer überschüssiger Solarstrom gespeichert werden kann. Die Speicherung basiert auf der Umwandlung des Solarstroms in CO2-neutrales Methangas mittels einer geplanten externen «Power to Gas»-Anlage. Wird im Winter zu wenig Sonnenenergie produziert, kann der gasförmige «Sommer-Solarstrom» verwendet werden.

Innovative Energiezentrale

Die entscheidende Schnittstelle ist dabei die patentierte Hybridbox, die als Zentrale die Energieversorgung des Mehrfamilienhauses regelt. Die Box ist in der Lage, je nach Angebot und Bedarf mit Strom oder Gas zu heizen und Strom zu produzieren. So nutzt sie beispielsweise an einem sonnigen Wintertag die vom Gebäude produzierte Solarenergie zur Wärmeerzeugung, während an einem wolkenverhangenen Wintertag das gespeicherte Methangas dafür eingesetzt wird. Überschüssiger Strom kann jederzeit an das öffentliche Netz abgegeben werden.

Soweit die Theorie. Der Praxistest in Leimbach zeigt jedoch, dass noch einige Herausforderungen zu meistern sind, bis das System in der Realität wie geplant funktioniert. Mediensprecherin Monika Sigg von der Umwelt Arena Schweiz weist darauf hin, dass die verschiedenen Erzeugeranlagen im Gebäude aufeinander und auf das Verhalten der Nutzer abgestimmt werden mussten. Die Abstimmung und Optimierung des Systems sei aber nicht von heute auf morgen möglich gewesen, sondern habe einen längeren Zeitraum benötigt. «Es hatte sich gezeigt, dass nach dem ersten Betriebsjahr vor allem bei den Raumtemperaturen und bei der Warmwasserproduktion noch Optimierungspotenzial vorhanden war», erläutert Sigg. «Diese Probleme hatten wir zu lösen, um die gewünschten Zielwerte zu erreichen.»

Erfolg auch nutzerabhängig

Weil das Gebäude noch am Austrocknen ist, konnten die energetischen Ziele bisher nicht erreicht werden. Das hat auch damit zu tun, dass die projektierten Raumtemperaturen noch nicht durchgesetzt werden konnten. Auf Wunsch der Mieter musste sie der Betreiber von 20 – 21 Grad auf rund 23 Grad erhöhen. «Dies zeigt deutlich, dass der Nutzer einen wesentlichen Einfluss auf den Energieverbrauch eines Gebäudes nehmen kann – im positiven wie im negativen Sinn.»

Eine ausschliesslich positive Bilanz ziehen die Verantwortlichen dagegen bei der Hybridbox. Nach mehr als einem Jahr in Betrieb funktioniert sie perfekt und regelt die Energiesysteme des Mehrfamilienhauses wie geplant. Darüber hinaus stellt sie Daten für das Energiemanagement-System bereit, die für die Überwachung der Anlage und die Optimierung des Systems benötigt werden. Andere technische Installationen wie die Solaranlagen und die Batteriespeicher haben dagegen seit ihrer Inbetriebnahme noch zu wenig Daten geliefert, als dass sich schon eine aussagekräftige Bilanz ziehen liesse. Die erhobenen Daten können aber trotzdem für die notwendigen Anpassungen an den Einstellungen genutzt werden.

Warten auf Umwandlungs-Anlage

Ihr volles Potenzial konnte die Hybridbox indes bisher nicht entfalten, weil das Gesamtsystem mit der externen «Power to Gas»-Anlage noch nicht zur Verfügung steht. Das Problem dabei: Bisher existiert noch keine geeignete Anlage, obwohl mehrere Projekte seit Längerem in Planung sind. In Dietikon beispielsweise sollen die Bauarbeiten für die «Power to Gas»-Anlage eines regionalen Energiedienstleisters diesen Herbst beginnen, die Inbetriebnahme ist für Sommer 2020 vorgesehen. Sobald eine solche Anlage gebaut ist, kann der Überschussstrom aus dem Leimbacher Mehrfamilienhauses extern in Methangas umgewandelt und zur Speicherung ins Erdgasnetz eingespeist werden. Im Winter wird die gleiche Menge Methangas über das Erdgasnetz wieder ins Mehrfamilienhaus zurückgeliefert. Dadurch kann der im Sommer überschüssige Solarstrom genutzt werden – der Kreislauf schliesst sich.

Vernetzung als Lösung

Das «Mehrfamilienhaus mit Energiezukunft» wird also bald die gesamte selbst produzierte Solarenergie verwerten können. Das Projekt zeigt auf, wie das Problem der Speicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne angegangen werden kann. Denn diese Problematik – die unflexible Verfügbarkeit – betrifft nicht nur einzelne Gebäude wie das Haus in Leimbach, sondern die gesamte Stromwirtschaft. Die Vernetzung verschiedener Energiesysteme zur Stromspeicherung könnte in Zukunft also auch schweizweit Anwendung finden, um erneuerbare Energien effizienter zu nutzen. Die Umwelt Arena plant deshalb in Zusammenarbeit mit verschiedenen Hochschulen und mit ihren Partnern weitere Projekte. «Wir nutzen bei diesen Vorhaben die Erkenntnisse, die beim Mehrfamilienhaus in Leimbach gewonnen werden», erklärt Monika Sigg. «Schlüsseltechnologie für die Verknüpfung der verschiedenen Energiesysteme bleibt unsere innovative Hybridbox.»

Die Ausstellung «Energienetz der Zukunft» in der Umwelt Arena (www.umweltarena.ch) präsentiert in vier Ausstellungsbereichen, wie das Energienetz der Zukunft die Zielerreichung der Energiestrategie 2050 ermöglicht. Neben dem 1:10-Modell des Mehrfamilienhauses der Zukunft in Leimbach wird den Besuchern der Prozess der Power-to-Gas-Technologie anschaulich erklärt. Zudem zeigt die Ausstellung das Potenzial von Methangas als Energieträger, Speicher und Treibstoff für Fahrzeuge.

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Kommentare

  • Hans Bachmann

    29.10.2019 13:25:58

    Ich möchte laufend über Ihre Technik informiert werden. Die Hybridbox könnte bei uns einmal Anwendung finden.
    Freundlich grüsst
    Hans Bachmann
    Binningen

  • Beat

    01.11.2019 11:34:56

    Und wieso kein Speicher-Akku als Puffer-Batterie?

  • Albrecht

    04.11.2019 15:43:46

    Sehr interessanter Ansatz. Was mich verwundert, ist der Standort der Pilotanlage.
    Weshalb nicht in den Bergen, wo es oft viel mehr Sonnenschein hat? Bin gespannt wie's weitergeht.

  • Der Enegie Experte

    06.11.2019 13:51:27

    Sehr geehrter Herr Ettlin

    Besten Dank für Ihr Feedback. Tatsächlich verfügt das Gebäude auch über einen Batteriespeicher, der auf einer Salzbasis funktioniert. Für diesen Artikel haben wir den Fokus auf die Power-to-Gas-Technologie gelegt und den Speicher-Akku deswegen nicht näher thematisiert.

    Freundliche Grüsse

    Remo Bürgi