„Ladebedürfnisse“ von Immobilien

Ende März 2020 hat die Bundesregierung in diesem Zusammenhang ein Gesetz beschlossen, wonach Wohnungseigentümer verlangen können, dass der Einbau von Ladevorrichtungen, etwa in der Tiefgarage oder an einem Parkplatz auf dem Gelände ihrer Wohnanlage, vorgesehen wird. 

Im Fall von Neubauten haben die Vorbereitungen für die Installation solcher Ladevorrichtungen für E-Fahrzeuge bedeutende wirtschaftliche Auswirkungen. Wer als Käufer einer Eigentumswohnung in Ladeinfrastruktur investieren möchte, kann von beträchtlichen Einsparungen profitieren. Denn werden diese Vorbereitungen bereits während der Bauphase getroffen, sind im Vergleich zu späteren Anpassungen wesentlich geringere Investitionen notwendig.

Praxisbeispiel: Ladeinfrastruktur für Filo Frankenhöhe

Vor diesem Hintergrund ergeben sich für Energie-Contracting-Unternehmen komplexe Herausforderungen. Schauen wir dazu auf ein aktuelles Beispiel eines neuen Wohnquartiers, das in zentraler Lage in Mainz-Hechtsheim von Mitte 2018 an durch eine Projektgesellschaft realisiert wurde.

Zur Würdigung der historischen fränkischen Besiedlung der Gegend um Hechtsheim erhielt das Quartier den Namen „Filo Frankenhöhe“. In dem für seine ruhige Wohnlage bekannten Ort wurde ein komplexes Gesamtobjekt, bestehend aus einem Mehrfamilienhaus mit zwölf Wohnungen und zwölf sogenannten „Pick-Up“-Häusern mit insgesamt 34 Wohnungen, realisiert. Jedes Pick-Up-Haus besteht aus den namensgebenden zwei unterschiedlichen Wohnformen „Pick“ und „Up“. Während das „Pick“ der klassischen Wohnform einer Doppelhaushälfte entspricht, bietet das „Up“ mit seiner Dachterrasse ein Wohnen mit Penthouse-Anmutung.

Eines der Highlights bei der Vermarktung der Einheiten des modernen Quartiers ist, dass jedem Eigentümer beim Kauf einer Wohnung die Option eingeräumt wurde, einen Stellplatz inklusive vorbereiteter Ladeinfrastruktur zu erwerben. In der Tiefgarage des Quartiers waren deshalb 20 Stellplätze für die Installation jeweils einer Lade-Wallbox und deren Betrieb mit jeweils bis zu 11 kW elektrischer Leistung vorzusehen.

Der Contractor: Mainzer Wärme GmbH

Die Rolle des Energie-Contractors für das Quartier übernahm die Mainzer Wärme GmbH, Tochterunternehmen der Mainzer Stadtwerke AG. Die Aktiengesellschaft hat in den vergangenen Jahren eine Unternehmensgruppe aufgebaut, die sich in der Region rund um den wirtschaftlichen und umweltschonenden Betrieb von Strom-, Gas- und Wassernetzen mit eigener Wassergewinnung positioniert hat. In der Tochtergesellschaft Mainzer Wärme GmbH wurden die Contracting-Aktivitäten gebündelt. Die Mainzer Wärme tritt als Spezialist bei Konzeption, Planung, Finanzierung und Errichtung sowie dem Betrieb und Monitoring von Energieanlagen auf. Contracting-Nehmern gegenüber profiliert sich das Unternehmen insbesondere mit seiner Erfahrung sowie dem Leistungsangebot, Anforderungen an moderne, umweltfreundliche und kostengünstige Wärme- und Energieversorgung umfassend zu erfüllen.

Zukünftige Ladekapazität als Herausforderung

Als Grundbaustein der Wärme- und Energieversorgung der 46 Wohnungen des Quartiers konzipierte und realisierte die Mainzer Wärme mit der Installation eines BHKW eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Lösung. 

Daraus, dass die Energienutzung in einer Wohnanlage durch den Lebensrhythmus der Bewohner typischen Abnahmeschwankungen ausgesetzt ist, ergibt sich eine erste grundlegende Herausforderung für den Contractor: Die Leistungsgröße des BHKW ist gemäß gesetzlicher Vorgaben am Primärenergiefaktor und am Wärmebedarf des Gebäudekomplexes auszurichten. Der Gesamtwärmebedarf im Quartier ist damit zu großen Anteilen aus der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage abdeckbar. Allerdings wird gleichzeitig zu bestimmten Tageszeiten mehr Elektroenergie erzeugt, als vor Ort verbraucht werden kann. Die entstehende Überschuss-Energie müsste komplett in das öffentliche Stromnetz ausgespeist werden – aus Betreibersicht unwirtschaftlich und nicht sinnvoll. 

Die nächste Herausforderung hat direkt mit den zu erwartenden Ladebedürfnissen E-mobiler Quartiersbewohner zu tun. Werden zukünftig an den 20 vorzusehenden Stellplätzen mit Lademöglichkeiten Fahrzeugbatterien aufgeladen, treten Leistungsspitzen auf, welche die zur Verfügung stehende Versorgungsleistung eines normalen Hausanschlusses überfordern können. Denn zu berücksichtigen ist, dass die Elektromobile voraussichtlich schwerpunktmäßig abends aufgeladen werden, also zu einer Tageszeit, in der in den Wohnungshaushalten hoher Energiebedarf besteht. 

Das Quartier würde so zu einem „größeren“ Stromkunden, der elektrische Leistung nachfragt wie etwa ein Industrieunternehmen mit einem Mittelspannungsanschluss und mit objekteigener Umspannanlage. Konsequenzen dieser höheren Anschlussleistung des Quartiers wären höhere Installations­kos­ten, die auf die Gesamtheit der Wohnungseigentümer umgelegt werden müssten.

Lösung: Energiespeicherung und Lademanagement 

Der Aufgabe des Planungsteams lagen laut zuständigem Referenten bei der Mainzer-Wärme,  Burkhard Dingels, zwei wesentliche Vorgaben zugrunde:

Die von den Mainzern ermittelte Lösung basiert auf zwei Elementen. Zum einen wurde eine leistungsstarke Lithium-Ionen-Batteriespeicheranlage des Anbieters Tesvolt installiert, zum anderen kommt eine Lademanagement-Lösung der Firma The Mobility House zum Einsatz. Das damit mögliche dynamische Lastmanagement basiert darauf, dass die momentan zur Verfügung stehende Ladeleistung immer gleichmäßig auf die zu ladenden Elektroautos verteilt wird.

Resultat ist, dass durch die elektrische Leistung der BHKW-Anlage in Verbindung mit dem Standard-Hausanschluss jederzeit ausreichend Elektroenergie für die Haushalte abrufbar sein wird. Über die Batteriespeicheranlage kann dabei die erforderliche Leistung zielgerecht zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig stellt das dynamische Lastmanagement sicher, dass in den Haushalten immer genügend „Strom“ zur Verfügung steht. Die restliche, maximal mögliche Energie wird gleichmäßig auf alle zum Laden angeschlossenen E-Mobile verteilt.

Regelungstechnisch wird dabei berücksichtigt, dass Elektroenergie aus dem Batteriespeicher zu keinem Zeitpunkt in das vorgelagerte Netz ausgespeist werden darf. Vorrangig soll der Batteriespeicher entladen werden, bevor dann das dynamische Lastmanagement greift und die Ladeleistung der E-Mobile anpasst. Hier gilt es, eine Rückkopplung zwischen dem Lastmanagement und der Lade- und Entladetätigkeit der Batteriespeicheranlage zu vermeiden. Zu verhindern ist ein „Schwingen“ zwischen Leistungs-Drosselungs- und -Erhöhungs-Prozessen des Lastmanagements auf der einen Seite sowie einem Hin und Her von Laden und Entladen des Batteriespeichers auf der anderen Seite.

„Um das zu erreichen müssen alle Systeme miteinander kommunizieren. Dafür braucht es einen übergeordneten Operator, der die Teilsysteme laufend überwacht und steuert, wie ein Dirigent in einem Orchester“, erläutert Burkhard Dingels. Zur Realisierung dieser Dirigentenfunktion wählte das Planungsteam einen S-10-Regler aus dem Angebot des Automationsexperten Priva, deren Controller gleichzeitig auch für die Realisierung der gesamten Gebäudeleittechnik zum Einsatz kommen. In fünf Unterstationen des Quartiers wurden dazu Regler vom Typ C4 installiert.

Als Fazit formuliert der Mainzer Planungs-Referent: „In dem Projekt war ein hohes Maß an interdisziplinärer Arbeit zwischen den Herstellern, Programmierern und Entwicklern erforderlich.“ Endergebnis ist ein mit einer modernen Kraftwärmekoppelungs-Lösung ausgestattetes Quartier, das bereits heute für die künftigen E-mobilen Ladebedürfnisse der Bewohner eingerichtet ist – und das auf der Basis kos­ten­güns­tiger Energie.