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IEA ES Task XX

IEA ES Task XX: Standardisierte Nutzung von Gebäudemasse als Speicher für erneuerbare Energien und Netzflexibilität

Projektbeschreibung

Ausgangssituation, Problematik bzw. Motivation
Die Energieversorgung des Gebäudesektors ist für 33% des Österr. Endenergiebedarfs verantwortlich (40% EU weit), und weist durch den großen Anteil fossiler Versorgung großes Potential für die Dekarbonisierung auf. Erneuerbare Energien sind gut geeignet um Fossile zu ersetzen, kämpfen aber mit Diskrepanzen zwischen Verfügbarkeit und Nachfrage die ohne geeignete Speicherlösungen nicht überbrückt werden können.
Thermische Bauteilaktivierung nutzt Bauteilmassen zur Konditionierung der Innenräume. Aufgrund ihrer thermischen Trägheit können sie auch als Energiespeicher fungieren, indem sie überhitzt/unterkühlt werden ohne den Innenraumkomfort zu beeinträchtigen. Dieses Speicherpotenzial kann für lokale und netzgebundene thermische und elektrische Energie (Power2Heat über z. B. Wärmepumpen) genutzt werden. Die neuartige Nutzung von bauteilaktivierten Gebäuden als Energiespeicher kann jedoch zurzeit ohne Expertenwissen nicht effizient umgesetzt werden, während ausreichend Fachexperten für eine nennenswerte Marktdurchdringung in naher Zukunft nicht zur Verfügung stehen.
Ziele und Innovationsgehalt
Für eine breite Umsetzung von thermischen Bauteilspeichern sind daher zentrale Fragen in den Bereichen Materialen und Konstruktion, Systemintegration und Regelung, Geschäftsmodelle und rechtliche Rahmenbedingungen sowie Speicherbewertung und Flexibilitätsmanagement unbeantwortet. Im Rahmen der vorliegenden IEA Energy Storage TCP Initiative soll ein neuer IEA ES Task ins Leben gerufen werden, der diese Fragen für die standardisierte Nutzung von Gebäudemasse als Speicher für erneuerbare Energien und Netzflexibilität in 4 themenbezogenen Subtasks beantwortet und so dieses Speicherpotential für die Energiewende erschließt:
• Subtask A – Konstruktionstechniken und Materialien (angedachte Leitung: Innogration GmbH, Deutschland,)
• Subtask B – Systemintegration und Regelung (Leitung: BEST, Österreich)
• Subtask C – Nicht-technische Herausforderungen (Leitung: noch offen)
• Subtask D – Standardisierung und KPIs (Leitung: noch offen)
Angestrebte Ergebnisse bzw. Erkenntnisse
Österreich, im speziellen der Konsortialführer AEE – Institut für nachhaltige Technologien (AEE INTEC), haben den Task international initiiert und werden durch AEE INTEC den Task Manager stellen. Ein weiterer nationaler Partner, BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies, wird die Leitung des Subtask B übernehmen. Ergänzt um die Partner Fachhochschule Salzburg und e7 wird das schlagkräftige nationale Konsortium neben der Koordination auch relevante Inhalte in den internationalen Task einbringen und in Kooperation mit Branchenvertretern (LOI Partner) durch gezielte Disseminierungsmaßnahmen die Task Ergebnisse in die österr. Wirtschaft und Forschung transferieren bzw. die Positionierung österr. Expertisen und des Standorts international stärken.
Nach Abschluss des Projekts liegen qualitativ hochwertige technische Informationen zu thermischen Bauteilspeichern vor, die den Grundstein für eine breite Markteinführung und Standardisierung legen. Analysen und Bewertungen verschiedener Materialien und Konstruktionstechniken, die Evaluierungsergebnisse von international umgesetzten Vorzeigeprojekten sowie erarbeitete multiplizierbare System- und Regelungskonzepte auf Gebäude und Quartiersebene zeigen potentiellen Umsetzern wissenschaftlich fundierte Möglichkeiten der Implementierung auf. Erkenntnisse um Marktbarrieren, best-practice Beispiele und neu entwickelte Geschäftsmodelle ermöglichen gemeinsam mit der Entwicklung robuster, breitentauglicher KPIs und Bewertungskriterien ein effektives Qualitätsmanagement und erhöhen Sicherheit und Vertrauen für Investoren und EndkundInnen.

Abstract

Problem and research need, motivation
The energy supply of the building sector is responsible for 33% of the Austrian final energy demand (40% EU-wide), and shows great potential for decarbonisation due to the large share of fossil supply. Renewable energies are well suited to replace fossil fuels, but struggle with discrepancies between availability and demand that cannot be bridged without suitable storage solutions.
Thermal component activation uses building component masses to condition indoor spaces. Due to their thermal inertia, they can also act as energy storage by overheating/undercooling without compromising indoor comfort. This storage potential can be used for local and grid thermal and electrical energy (Power2Heat via e.g. heat pumps). However, the novel use of component-activated buildings as energy storage cannot currently be implemented efficiently without expert knowledge, while sufficient subject matter experts are not available for significant market penetration in the near future.
Goals and innovation
For a broad implementation of thermal component storage, therefore, central questions in the areas of materials and construction, system integration and control, business models and legal framework conditions, as well as storage evaluation and flexibility management remain unanswered. Within the framework of the present IEA Energy Storage TCP Initiative, a new IEA ES Task is to be launched to answer these questions for the standardised use of building mass as storage for renewable energies and grid flexibility in 4 thematic subtasks, thus opening up this storage potential for the energy transition:
• Subtask A - Construction techniques and materials (proposed lead: Innogration GmbH, Germany,).
• Subtask B - System integration and control (lead: BEST, Austria)
• Subtask C - Non-technical challenges (Lead: still open)
• Subtask D - Standardisation and KPIs (Lead: still open)
Expected results
Austria, in particular the consortium leader AEE - Institute for Sustainable Technologies (AEE INTEC), initiated the task internationally and will provide the task manager through AEE INTEC. Another national partner, BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies, will take over the leadership of Subtask B. Supplemented by the partners Salzburg University of Applied Sciences and e7, the powerful national consortium will, in addition to coordination, also contribute relevant content to the international task and, in cooperation with industry representatives (LOI partners), transfer the task results to the Austrian economy and research sector through targeted dissemination measures and strengthen the positioning of Austrian expertise and the market location internationally.
After completion of the project, high-quality technical information on thermal component storage systems will be available, laying the foundation for a broad market introduction and standardisation. Analyses and evaluations of various materials and construction techniques, the evaluation results of internationally implemented showcase projects, as well as developed multipliable system and control concepts at building and district level show potential implementers scientifically sound options for implementation. Insights into market barriers, best-practice examples and newly developed business models, together with the development of robust, widely applicable KPIs and evaluation criteria, enable effective quality management and increase security and confidence for investors and end customers.

Endberichtkurzfassung

Der Final Report zu IEA ES TCP Task 43 „Storage for renewables and flexibility through standardized use of building mass“ fasst die Ergebnisse eines internationalen Tasks zur Nutzung thermisch aktivierter Gebäudemasse als Speicher- und Flexibilitätsressource zusammen. Ziel war es, die Technologie für eine breitere internationale Anwendung vorzubereiten und ihren Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien, zur Entlastung von Strom- und Wärmenetzen sowie zur Flexibilisierung des Energiesystems sichtbar zu machen.

Betrachtet werden thermisch aktivierte Bauteilsysteme, bei denen Rohrleitungen oder vergleichbare Wärmeübertrager direkt in Bauteile wie Decken, Wände oder Fassaden integriert sind. Dadurch können Gebäude nicht nur beheizt und gekühlt werden, sondern zugleich Wärme oder Kälte speichern und zeitlich verschoben bereitstellen.

Der Bericht gliedert sich in vier Schwerpunkte. Subtask A behandelt Konstruktion und Materialien. Dabei werden Grundlagen thermisch aktivierter Bauteile, geeignete Materialien, Bauweisen für Neubau und Sanierung sowie innovative Systemlösungen beschrieben. Ein besonderer Fokus liegt darauf, wie aktivierte Gebäudemasse auch im Bestand genutzt werden kann, etwa über aktivierte Fassaden oder vorgefertigte Bauelemente.

Subtask B widmet sich Systemintegration und Regelung. Beschrieben werden Simulationsmodelle, Systemkonzepte, Regelungsstrategien sowie digitale Schnittstellen. Der Bericht zeigt, dass der Nutzen thermisch aktivierter Gebäudemasse wesentlich davon abhängt, ob diese nicht nur als träges Heiz- oder Kühlsystem, sondern bewusst als Speicher betrieben wird.

Subtask C behandelt nicht-technische Herausforderungen wie regulatorische Rahmenbedingungen, Markt- und Geschäftsmodelle, Anreizsysteme, Komfortanforderungen und Akzeptanzfragen. Der Bericht macht deutlich, dass zentrale Hemmnisse weniger in der technischen Machbarkeit liegen, sondern vor allem in fehlenden rechtlichen Definitionen, unklaren Rollen, mangelnden Erlösmöglichkeiten und unzureichendem Zugang zu Daten und Märkten.

Subtask D befasst sich mit Standardisierung, Kennzahlen und Bewertungsmethoden. Diskutiert werden relevante Key Design Indicators und Key Performance Indicators für Planung, Betrieb und Bewertung thermisch aktivierter Gebäudesysteme, darunter Speicherkapazität, Flexibilitätspotenzial, Komfort und Betriebsperformance.

Der Bericht enthält außerdem Key Messages und Policy Recommendations. Er empfiehlt, Gebäudeflexibilität in Regulierung und Energieausweisen sichtbar zu machen, Marktzugang über Aggregation zu ermöglichen, digitale Datenzugänge zu verbessern, Aus- und Weiterbildung zu stärken sowie Demonstrationsprojekte für „Flex-Ready Buildings“ zu fördern. Insgesamt zeigt der Bericht, dass thermisch aktivierte Gebäudemasse eine technisch ausgereifte und skalierbare Speicherlösung darstellt, deren Potenzial durch Standardisierung, Anreizsysteme und speicherbewusste Betriebsführung deutlich besser genutzt werden kann.

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