Open District Hub e.V.

Energiezentrale der Zukunft (EZZ)

Parallel zum ODH-Forschungsprojekt wird in Bochum-Weitmar derzeit die „Energiezentrale der Zukunft“ (EZZ) durch die Vonovia in Betrieb genommen. Die EZZ soll bei Inbetriebnahme Energie für 81 Wohneinheiten liefern und die Untersuchung und Erforschung innovativer Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung von Quartieren ermöglichen. Zu den innovativen Technologien gehört unter anderem ein Elektrolyseur, mit dem aus Strom Wasserstoff produziert wird.

Außerdem kommt in der EZZ eine Brennstoffzelle, mit der wiederum Wasserstoff in Strom und Wärme umgewandelt werden kann, sowie Wärmepumpen zum Einsatz. Der Einsatz von Wärmepumpen ermöglicht die anliegenden Wohngebäude zu mindestens 60 Prozent mit dezentral erzeugter CO₂-neutraler Wärme zu versorgen. Durch die auf vielen Hausdächern installierten Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) werden weitere 25 Prozent des Strombedarfs der Haushalte lokal vor Ort erzeugt.

Ladeinfrastruktur

Beim E-Carsharing können Sie ein E-Auto gegen eine Gebühr für einen bestimmten Zeitraum mieten und nutzen. Ein Vorteil von Carsharing ist, dass insgesamt weniger Fahrzeuge und somit weniger Parkplätze benötigt werden. Zusätzlich können in vielen Fällen Kosten eingespart werden, da z.B. Wartungskosten auf alle Nutzer umgelegt werden. Zudem muss sich ein Nutzer nicht selbst um die Wartung und Reparatur kümmern. Und weil die Fahrzeuge im Quartier mit Strom aus erneuerbaren Energien geladen werden können, fallen zusätzlich weniger Emissionen an.

Sinnvoll ist E-Carsharing vor allem für Personen, die kein eigenes Fahrzeug besitzen, nur selten ein Auto benötigen oder ein Auto vor allem für Kurzstrecken nutzen möchten. Als Konkurrenz zum öffentlichen Nahverkehr ist E-Carsharing nicht gedacht. Es soll lediglich den ÖPNV ergänzen und zusätzliche Flexibilität bieten.

Wir von Vonovia planen derzeit im ersten Schritt ein bis zwei E-Carsharing Autos fest im Quartier anzubieten.

Mieterstrom ist ein Stromtarif, bei dem hauptsächlich klimafreundlicher, günstiger und lokaler Solarstrom zum Einsatz kommt. Erzeugt wird dieser über PV-Anlagen auf dem Dach des eigenen Wohnhauses. Der erzeugte Solarstrom wird direkt an die Mieterinnen und Mieter verkauft.⁵
Wird mehr Strom durch die PV-Anlage erzeugt als genutzt, wird der überschüssige Strom entweder ins öffentliche Netz eingespeist, durch den Elektrolyseur in Wasserstoff umgewandelt oder direkt zur Wärmeproduktion genutzt.⁶ Wenn die PV-Anlage auf dem Dach gerade nicht genug Strom liefert, ist das kein Problem, denn dann kann der Strom über die Verstromung des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle und/oder über das elektrische Versorgungsnetz geliefert werden.⁷

^{5, 6, 7} www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2021/01/Meldung/direkt-erklaert.html

Die Technologien, die im Forschungsprojekt ODH@Bochum-Weitmar genutzt werden, sind unter anderem Wasserstoffelektrolyse und Brennstoffzellen. Das Konzept zur Nutzung dieser beiden Technologien im Rahmen der Energiewende und sektorenübergreifenden Energieversorgung im Quartier ist hoch innovativ und trägt zur Flexibilisierung des Energiesystems und Reduzierung energiebedingter CO₂-Emissionen bei. Bei der Wasserstoffelektrolyse wird Wasser chemisch gespalten in Sauerstoff und Wasserstoff. Dies geschieht, indem elektrische Energie, die idealerweise aus regenerativen Quellen stammt, zugeführt wird. Der entstandene Wasserstoff kann anschließend als Energieträger genutzt werden, z.B. zur Wärmeversorgung mit einer Brennstoffzelle. Hier reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Dabei wird Wärme frei, und es entsteht ein Stromfluss.^{8, 9}

Außerdem kommen im Forschungsprojekt ODH@Bochum-Weitmar Wärmepumpen zum Einsatz. Diese verwandeln Umweltwärme – so herrschen nur einige Meter unter der Erde ganzjährig relativ konstante Temperaturen von über 0°C – in Wärme auf einem nutzbaren Temperaturniveau. Diese Wärme kann dann beispielsweise zur Warmwasser- und Raumwärmebereitstellung genutzt werden. Werden die Wärmepumpen dabei mit Ökostrom betrieben, ist die bereitgestellte Wärme CO₂-frei und damit klimaneutral.¹⁰

Deutschland setzt in der Energiewende verstärkt auf Strom aus erneuerbaren Quellen, hauptsächlich auf Photovoltaik und Windenergie. Bei diesen Quellen ist die erzeugte Strommenge jedoch stark von äußeren Faktoren, wie Windstärke, Bewölkung und Jahreszeit abhängig. Deshalb ist eine Speicherung von Energie nötig und sinnvoll. Im Kontext des Projekts und der aufgebauten EZZ werden deshalb Batteriespeicher (Lithiumionenbatterie) und eine Elektrolyse-Brennstoffzellenkombination installiert. Eine Lithiumionenbatterie ist ein Kurzzeitspeicher und gleicht vor allem kurzfristige Schwankungen während eines Tages aus. Die Elektrolyse-Brennstoffzellenkombination ist hingegen ein Langzeitspeicher und kann elektrische Energie über einen deutlich längeren Zeitraum speichern und so Perioden mit wenig Sonneneinstrahlung überbrücken.¹¹

⁸ www.energieagentur.nrw/brennstoffzelle/brennstoffzelle-wasserstoff-elektromobilitaet/funktionsprinzip_von_brennstoffzellen

⁹ www.helmholtz.de/energie/wasserstoff-gewinnen-effizient-und-kostenguenstig/

¹⁰ www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2019/08/Meldung/direkt-erklaert.html

¹¹ https://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2013/speicher-in-der-energiewende/Agora_Speicherstudie_Web.pdf

PV-Anlagen

PV-Anlagen wandeln die solare Strahlung der Sonne direkt in elektrische Energie. Dabei kommen Solarzellen aus Halbleitermaterial zum Einsatz. Dank der Sonneneinstrahlung werden Elektronen, also die negativ geladenen Teilchen von Atomen separiert und in Bewegung versetzt, wodurch Gleichstrom erzeugt wird. Dieser kann dann in Wechselstrom umgewandelt und genutzt werden.¹² Im Quartier Bochum-Weitmar sind insgesamt fast 2.700 Photovoltaik-Module auf den Dächern installiert. Dadurch kann eine Spitzenleistung von über 800 kW erzielt werden.

¹² www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/solarenergie#photovoltaik

Ampeers Energy

AMPEERS ENERGY fokussiert die Entwicklung und den Betrieb intelligenter Software-Lösungen zum Management dezentraler Geschäftsmodelle für Strom, Wärme und Mobilität. Ziel ist dabei die möglichst wirtschaftliche und ökologische Einbindung erneuerbarer Energien, welche insbesondere durch eine Eigenverbrauchsmaximierung erreicht werden kann. Hierfür werden im Projekt gesteuerte Ladelösungen für Use Cases im Quartier (z.B. E-Carsharing) evaluiert. Zusätzlich wird untersucht, wie den Bewohner*innen z.B. durch Energiegemeinschaften lokal produzierter Solarstrom möglichst günstig bereitgestellt werden kann.

Fraunhofer FIT

Die Aufgaben des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT liegen im Projekt schwerpunktmäßig in der Ausarbeitung und Bewertung innovativer, IT-gestützter und nachhaltiger Geschäftsmodelle im Bereich der Elektromobilität (bspw. E-Carsharing) und des lokalen Handels (bspw. Mieterstrom) im Kontext cross-sektoraler Energiesysteme im Quartier. Ein besonderer Fokus beruht dabei auf der Analyse von Nutzerpräferenzen im Zusammenhang mit neuen digitalen Technologien und Services.

Fraunhofer INA

Das Fraunhofer IOSB-INA ist Wegbereiter der industriellen Automation - die intelligente Vernetzung, die Analyse und Überwachung sowie die benutzergerechte Gestaltung technischer Systeme - sind unsere Kernkompetenzen. Die Fachthemen im Projekt umfassen die Entwicklung eines Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) – Ökosystems, die Integration der einzelnen Komponenten zu einem Gesamtsystem und die Umsetzung des Gesamtsystemkonzeptes inklusive aller relevanten Modelle, Prozesse und Schnittstellen.

Fraunhofer AST

Der Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST) des Fraunhofer IOSB befasst sich im Rahmen des Projektes mit den Fragen, wie Energiedaten zukünftig gezielt, standardisiert, sicher, präzise und automatisiert erhoben sowie genutzt werden können. Darüber hinaus werden Ansätze zur Umsetzung eines selbstlernenden Energiemanagements für eine cross-sektorale bzw. sektorenübergreifende (Strom-, Wärme-, Mobilitätssektor) Quartiersenergieversorgung, basierend auf lokalen erneuerbaren Energiequellen entwickelt. Hierbei werden selbstlernende Ansätze zur Prognose und Optimierung für Quartiersenergiesysteme entwickelt und untersucht.

Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickelt und erforscht im Projekt eine integrale Quartiersplanung. Um gerade Bestandsquartiere wie in Bochum-Weitmar in Zukunft klimafreundlich zu gestalten, werden die Strom- und Wärmeversorgung, energetische Sanierung und E-Mobilität gemeinsam betrachtet. Durch Abbildung aller Komponenten als digitales Modell kann eine mathematische Optimierung aus der Vielzahl möglicher Varianten und Zukunftsszenarien das ökologisch und wirtschaftlich sinnvollste Quartierskonzept auswählen und für eine Umsetzung empfehlen.