Integration of available regenerative energy sources in community networks for both electricity and heating. [Integration von regenerativen Energiequellen in ein kommunales Energienetz für Elektroenergie und Wärme.]

Abstract

Ziel der Arbeit ist es zu analysieren, ob eine Gemeinschaft bestehend aus energieeffizienten Passiv-Einfamilienhäusern genügend Energie auf Basis von erneuerbaren Energien dezentral erzeugen kann, um ihren gesamten Strom- und Wärmebedarf mit der Unterstützung von Energiespeichern im Laufe eines Jahres zu decken (einschließlich von Elektrofahrzeugen). Die theoretische Gebäudegemeinschaft befindet sich in der Stadt Cottbus. Für diese Gemeinschaft wurde ein Stromlastprofil, bestehend aus kontrollierbaren und unkontrollierbaren Belastungen, erstellt. Das Potenzial zur dezentralen Energieerzeugung basierend auf Photovoltaik- und kleinen Windkraftanlagen wird anhand der zur Verfügung stehenden Flächen sowie den gegenwärtigen gesetzlichen Vorschriften untersucht. Verfügbare Technologien zur Bereitstellung des Wärmebedarfs sowie aktuelle Speichertechnologien für Haushalte werden vergleichend vorgestellt und diskutiert. Es wird angenommen, dass jeder Haushalt ein elektrisches Fahrzeug besitzt, welches im Gemeinschaftsnetz auf- und entladen werden kann und somit auch als zusätzlicher Energiespeicher dienen kann. Um zu untersuchen, ob sich Energiebedarf und -erzeugung im stündlichen Zeitschritt decken, wurde eine Simulationssoftware entwickelt.The aim of this work is to evaluate whether a community of new efficient single-family houses can generate enough energy on-site to supply its electricity and heating demand over the year based on renewable energy sources and with the support of energy storage systems, including electric vehicles. The theoretical community is situated in the city of Cottbus, Germany. For this community, an electricity load profile was designed based on the use of common devices and separated in controllable and uncontrollable loads. Electricity is generated on-site through photovoltaic panels and small wind turbines, and the electricity generation potential is evaluated based on the community's available space, which is rather limited, and the actual regulations in the State of Brandenburg. A comparison of the available technologies to supply the heating demand as well as to store energy in the household sector is presented and discussed. It is assumed that each household has an electric vehicle that can be charged and also discharged in the community as an extra energy storage system. A software simulation system was designed with which an energy balance analysis is carried out based on hourly values of supply and demand.