Techno-ökonomische Bewertung von Energie-Autarkie für die Energieversorgung von Einfamilienhäusern

Zusammenfassung

Durch die zunehmende Dezentralisierung des Energiesystems steigt der Grad der energetischen Selbstversorgung von Verbrauchern kontinuierlich an. Verbraucher wandeln sich dadurch von reinen Energie-Konsumenten hin zu gleichzeitigen Energie-Produzenten und werden letztendlich vom zentralen Energieversorgungssystem unabhängig bzw. autark. Für eine lastgerechte Energie-Autarkie muss die Deckung der Energienachfrage durch die Energiebereitstellung zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein. Als kleinster Bilanzraum ist hierbei die Energie-Autarkie von einzelnen Gebäuden denkbar. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Beitrag die Kosten und Potenziale einer lastgerechten autarken Energieversorgung von Einfamilienhäusern, dargestellt. Hierbei wird zwischen Strom-, Wärme- und Energie-Autarkie differenziert. Die Modellierung erfolgte mit der Simulationsumgebung „Polysun-Designer“, die eine zeitlich hoch aufgelöste und dynamische Jahressimulation des Energiebedarfs und der Energiebereitstellung ermöglicht.

Im Ergebnis zeigt sich, dass der höchste Energie-Autarkiegrad im Rahmen der untersuchten Versorgungsvarianten durch eine vollständig auf Strom basierende Energieversorgung erreicht werden kann. Dafür ist eine PV-Wärmepumpen-Kombination mit einem Batteriespeicher notwendig. Es lassen sich, je nach energetischem Gebäudestandard, maximal 45 (Bestandsgebäude) bis 71 % (Neubau) des Gebäudeenergiebedarfs mit regenerativen Energien decken. Die ökonomische Bewertung hat ergeben, dass unter heutigen Rahmenbedingungen keine der untersuchten Technologievarianten mit einer konventionellen Energieversorgung (Anschluss an das öffentliche Stromnetz + Gas-Brennwertgerät) konkurrieren kann.

Abstract

Many consumers currently follow the idea of energy self-sufficiency and try to contribute to meet their energy needs in order to become independent and self-sufficient from the central power supply system. In order to achieve load-oriented energy self-sufficiency the provision of energy must cover the full energy demand at any time. Against this background, in this paper the costs and potentials of a load-oriented energy self-sufficiency of single-family homes are analysed. Thereby it is differentiated between electricity-, heat- and energy self-sufficiency. The modelling is carried out with the simulation environment „Polysun Designer“ which allows a high temporal dynamic simulation of the annual energy demand and supply.

The results show that, within the investigated supply variations, the highest levels of energy self-sufficiency can be achieved by an energy supply system completely based on electricity using a combination of PV; heat pump and battery storage. Depending on the building standard, a maximum of 45 (existing buildings) and 71 % (new buildings) of the building’s energy demand can be covered with renewable energy. The economic evaluation however has shown that under present conditions, none of the investigated supply variants can compete with conventional energy supply (public grid connection + gas condensing boiler).