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May 27, 2024

Auf das Timing kommt es an: Wie Gebäude mit Demand Side Management ihren Stromverbrauch optimieren und Kosten sparen

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In einer Welt, in der die Nachfrage nach Energie ständig steigt und fossile Ressourcen keine zukunftsfähige Option mehr darstellen, ist es von entscheidender Bedeutung, auf erneuerbare Energiequellen umzusteigen und diese so effizient wie möglich zu nutzen. Der Gebäudesektor spielt dabei eine zentrale Rolle, da er einerseits große Mengen an Energie verbraucht, andererseits aber auch eine flexible Ressource zur Optimierung der Netzstabilität und der Energieversorgung ist. Mehr noch: Durch die vollautomatische und netzinteraktive Steuerung des eigenen Stromverbrauchs, auch Lastmanagement oder englisch „Demand Side Management“ genannt, werden Gebäude zu echten Energiemanagement-Hubs und damit zu einem zentralen Baustein der Energiewende.

Erneuerbare Energien auf dem Vormarsch

Die europäischen und nationalen Klimaschutzziele erfordern einen grundlegenden Umbau der Energieversorgung in Deutschland. Um die Energie- und Klimaziele der Bundesregierung zu erreichen, sieht das Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien vor, dass 80,0 Prozent des deutschen Bruttostromverbrauchs bis zum Jahr 2030 aus erneuerbaren Quellen gedeckt wird. Um die dafür notwendigen erneuerbaren Strommengen bereitstellen zu können, gibt das Gesetz ambitionierte Ausbauziele vor. So soll beispielsweise die installierte Photovoltaikleistung bis 2030 verdreifacht und die Leistung der Windenergieanlagen an Land verdoppelt werden. Die Anstrengungen tragen bereits Früchte. So bilanziert die „Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik“ (AGEE-Stat) des Umweltbundesamtes in ihrem aktuellen Hintergrundpapier, dass im Jahr 2023 mit einem Anteil von 51,8 Prozent erstmals mehr als die Hälfte des gesamten Bruttostromverbrauchs in Deutschland durch erneuerbare Energien gedeckt werden konnte. Im Jahr 2022 lag der Anteil noch bei 46,2 Prozent. Auch der Anteil der Wärme aus erneuerbaren Energien ist laut AGEE-Stat weiter gestiegen. Hervorzuheben sei hier ein deutlicher Anstieg der Wärmenutzung aus elektrisch betriebenen Heizungswärmepumpen.  

Quelle: AGEE-Stat. Grafik: Eigene Darstellung.

Mit Demand Side Management die Stromnachfrage gezielt steuern

Traditionell basierte unser Stromversorgungssystem auf dem Prinzip, dass sich die Erzeugerseite dem Verbrauch anpasst (lastorientierte Stromerzeugung). Unter dem Begriff „Last“ versteht man dabei die elektrische Leistung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird, um sämtliche Verbraucher:innen zu versorgen. Die Integration erneuerbarer Energien bedeutet jedoch, dass es je nach Wetterlage, Tages- und Jahreszeit zunehmend zu Überschüssen oder Defiziten auf Erzeugerseite kommen kann: Scheint die Sonne und weht viel Wind, ist die Stromproduktion hoch, nachts und bei Windstille entsprechend niedrig. Haushalte, Gewerbe und Industrie benötigen aber zu jeder Zeit eine zuverlässige und bezahlbare Stromversorgung – und der Bedarf steigt, nicht zuletzt durch die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrs- und Wärmesektors. Das ist aber nur dann möglich, wenn das Stromnetz stabil und nicht überlastet bzw. unterversorgt ist – wenn also jederzeit genau so viel Strom eingespeist wie verbraucht wird.

Um Erzeugung und Verbrauch bedarfsorientiert aufeinander abzustimmen, muss unser Stromnetz also „intelligenter“ und vor allem „digitaler“ werden. Die Methode des Lastmanagements, im Folgenden "Demand Side Management" (DSM) genannt, gilt dabei als vielversprechender und zukünftig unverzichtbarer Ansatz. Der Wortbaustein "Demand Side" bezieht sich dabei auf die Verbraucherseite, also all diejenigen, die den von Versorgerseite bereitgestellten Strom nutzen. Dazu gehören unter anderem private Haushalte ebenso wie Unternehmen oder öffentliche Einrichtungen. Das Prinzip besteht darin, diese nicht mehr nur als passive Konsument:innen zu sehen, sondern sie aktiv in das Energiesystem und dessen Steuerung einzubinden. Durch die gezielte Drosselung oder Erhöhung des Stromverbrauchs von Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlagen auf Basis von Marktsignalen und durch die intelligente Speicherung von Energie kann das benötigte Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage durch die Verbraucher:innen aktiv mitgesteuert werden.

Flexibilität von Gebäuden gewinnt an Bedeutung

Für den Gebäudesektor spielt dieser Paradigmenwechsel eine zentrale Rolle, denn mit der jüngsten Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) hat die Bundesregierung die Energiewende für Heizung und Warmwasser gesetzlich verankert. Ab 2045 dürfen Gebäude in Deutschland nur noch mit erneuerbaren Energien beheizt werden. Und das Potenzial ist groß: Nach aktuellen Zahlen aus dem dena-Gebäudereport 2024 wurden im Jahr 2022 rund 33 Prozent des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland allein für Raumwärme und Warmwasser von Gebäuden aufgewendet. Zum Vergleich: Der gebäuderelevante Wärmeverbrauch lag damit sogar über dem Endenergieverbrauch des Verkehrssektors, der in Deutschland rund 29 Prozent des Gesamtverbrauchs ausmacht. Damit die "Wärmewende" gelingt, wird Demand Side Management zukünftig eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Energieversorgung einnehmen.

Mit dem Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende verpflichtet das BMWK daher auch alle Stromversorger, ab 2025 dynamische Stromtarife anzubieten. Verbraucher:innen können damit gezielt Strom dann beziehen, wenn er in Zeiten mit hoher Erzeugung von erneuerbarer Energie besonders günstig und mit geringem CO2-Fußabdruck zur Verfügung steht. Mithilfe intelligenter Messsysteme, sogenannter „Smart Meter“, können sie dafür ihr eigenes Verbrauchsverhalten analysieren. Die Messstellenbetreiber sind gesetzlich verpflichtet, die angeschlossenen Verbrauchsstellen nach einem vorgegebenen Rollout-Fahrplan bis 2030 schrittweise mit Smart Metern auszustatten. Für Gebäude mit einem Jahresstromverbrauch von über 6 000 Kilowattstunden oder einer Photovoltaik-Anlage mit mehr als sieben Kilowatt installierter Leistung ist der Einbau von intelligenten Messsystemen bereits ab 2025 verpflichtend.

Demand Side Management als zentraler Wettbewerbsfaktor für Gebäude

Insbesondere für gewerblich genutzte Immobilien ergeben sich aus den oben beschriebenen Fakten drei konkrete Anwendungsfälle für Demand Side Management:

Nutzung dynamischer Stromtarife: Ein großer Vorteil von Demand Side Management ist die Optimierung des Arbeitspreises, d.h. der Kosten pro tatsächlich verbrauchter Kilowattstunde (kWh), durch die Nutzung dynamischer Stromtarife. Im Gegensatz zu konventionellen Tarifen, bei denen der Strompreis konstant ist, variieren dynamische Stromtarife je nach Angebot und Nachfrage. Dies ermöglicht es, Strom zu günstigeren Preisen zu beziehen, wenn die Nachfrage besonders gering ist oder sogar Geld für den Bezug von Strom zu erhalten, wenn ein Überschuss im Netz vorhanden ist. Mit Hilfe von Wärmepumpen oder Kältemaschinen kann der überschüssige Strom dann gewandelt in thermische Energie in das Gebäude eingebracht und z.B. in der Bausubstanz gespeichert werden, um die Energie dann zu Zeiten hoher Nachfrage oder geringen Angebots nicht aus Strom bereit stellen zu müssen. Gerade bei Gebäuden mit hohem Energiebedarf kann dies zu erheblichen Einsparungen führen.

Optimierung des Leistungspreises: Durch Demand Side Management können Gebäude ihren Stromverbrauch zu Zeiten mit erhöhtem Bedarf gezielt reduzieren, was als Lastspitzenkappung oder auch „Peak Shaving“ bezeichnet wird. So wird vermieden, dass höhere Leistungspreise an die Netzbetreiber gezahlt werden müssen. Der Leistungspreis bezieht sich auf die Kosten, die ein Netzbetreiber für die Bereitstellung des Stromanschlusses berechnet. Er wird in der Regel als monatliche Gebühr erhoben und hängt von der maximalen Leistung (gemessen in Kilowatt, kW) ab, die ein Gebäude in einem bestimmten Zeitraum in Anspruch nimmt. Wird ein Gewerbegebäude beispielsweise vor einer verbrauchsintensiven Großveranstaltung nur um wenige Grad vorgekühlt, muss die Klimaanlage während des Events nicht auf Volllast laufen, was die Betriebskostennachhaltig senkt.

Maximierung der Eigenstromversorgung: Als sogenannte „Prosumer" verbrauchen Gebäude nicht nur Energie, sondern können diese auch erzeugen (z.B. über hauseigene Photovoltaikanlagen) und speichern (z.B. in Batteriespeichern oder wie oben beschrieben in der Bausubstanz). So kann der erzeugte Eigenstrom direkt vor Ort genutzt und bedarfsgerecht verbraucht werden. Ist mehr Eigenstrom vorhanden, als gerade benötigt wird, kann der überschüssige Strom gezielt in das öffentliche Netz eingespeist werden und so zusätzliche Einnahmen generieren. Über digitale Plattformen können Gebäude auf diese Art sogar Teil „virtueller Kraftwerke“ werden, die den überschüssigen Strom von vielen kleinen Erzeugern bilanzieren und vermarkten können.

Ziel ist es in allen drei Fällen, Einsparungen zu generieren, ohne die Betriebssicherheit und den Komfort im Gebäude zu beeinträchtigen. Das Flexibilisierungspotenzial von Gebäuden wird damit zu einem zentralen Wettbewerbsfaktor im Hinblick auf Kosteneffizienz, Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit. Die Abläufe im Gebäude sind in der unten stehenden Grafik anschaulich dargestellt:

Quelle: Eigene Darstellung.

Die Cloud-Plattform als Schlüsseltechnologie für Demand Side Management

Die genannten Anwendungsfälle zeigen, dass professionelles Demand Side Management in Gebäuden viele Vorteile bietet. Um diese Potenziale auszuschöpfen, ist der Einsatz fortschrittlicher IoT-Technologien unerlässlich. Cloud-Plattformen zur digitalen Betriebsoptimierung bieten ein effizientes Werkzeug, um diesen Anforderungen sowohl im Neubau als auch im Bestand gerecht zu werden:

Über offene Schnittstellen ermöglicht die Software die nahtlose Integration von Daten aus unterschiedlichen Quellen wie Sensoren, Zählern und Gebäudeautomationssystemen. Durch automatisierte Analysen können diese Daten effizient verarbeitet und genutzt werden, um Energieverbrauchsmuster im Gebäude zu verstehen und Strategien zur Optimierung der Energieflüsse im Gebäude zu entwickeln. Die vorausschauende Steuerung passt den Strombezug dynamisch an die Netzbedingungen an und nutzt die Energie nur dann, wenn es durch Witterung und Raumnutzung tatsächlich erforderlich und der Energiebezug günstig ist.

Darüber hinaus sind Cloud-Plattformen aufgrund ihrer hohen Skalierbarkeit darauf ausgelegt, auch eine große Anzahl von Gebäuden innerhalb eines Portfolios beim Demand Side Management zu unterstützen. Für Eigentümer:innen bieten spezialisierte Anbieter dabei umfassende Unterstützung bei der objektspezifischen Potenzialanalyse, der Abschätzung von Investitionskosten und Energieerträgen sowie Planungsunterstützung auf Basis realer Betriebsdaten und bauphysikalischer Metadaten. Durch die dynamische Vernetzung der einzelnen Gewerke entsteht ein intelligent gesteuertes Gebäude, das den Flexibilitätsanforderungen zukünftiger Energiesysteme in vollem Umfang gerecht wird.

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