Lastmanagement mit Gewächshäusern: ELGEVOS-Animation online

In Deutschland ist im Winter der Gewächshausanbau von Gurken und Tomaten aufgrund der relativ geringen Sonneneinstrahlung nur mit Heizung und Beleuchtung möglich. Wirtschaftlich ist die Gemüseproduktion mit Zusatzbeleuchtung mit den aktuellen Strompreisen allerdings nicht. Ob das mit einem optimierten direkten Strombezug zu den schwankenden Börsenpreisen am Strommarkt möglich wäre, hat das Verbundforschungsprojekt ELGEVOS - Elektroenergieversorgung von Gewächshäusern bei einer volatilen Stromversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien untersucht. Das Ergebnis ist nun als interaktive Animation verfügbar: www.elgevos.de.

Durch die Verwendung von Zusatzlicht lässt sich die Produktion von Gemüse in Gewächshäusern nicht nur auf die Wintermonate ausdehnen, sondern auch der Ertrag in einigen anderen Monaten steigern. Dabei sind jedoch die Länge der Dunkelphase und der Wärmeeintrag zu berücksichtigen. Die Untersuchungen am Beispiel von Tomatenpflanzen haben ergeben, dass sowohl die Heizung und Kühlung der modellierten Gewächshäuser als auch die künstliche Belichtung der Pflanzen bestenfalls um maximal vier Stunden verschoben werden sollten.

Im Projekt ELGEVOS wurde das innovative Konzept des Solarkollektor-Gewächshauses, welches sich durch eine besonders energieeffiziente Bauweise auszeichnet, mit den heute üblichen Gewächshäusern verglichen. Während letztere meist mit Erdgas oder Öl beheizt werden, nutzt ein Solarkollektor-Gewächshaus die eingestrahlte Wärmeenergie der Sonne effizienter. Mit Hilfe einer Wärmepumpe gelangt die überschüssige Energie in einem Wärmespeicher und kann bei Bedarf, also nachts oder in der kälteren Jahreszeit, zum Heizen wieder ausgespeichert werden. Bei einer optimalen Auslegung des Systems reicht die gespeicherte Wärme bis weit in den Winter hinein, sodass das System nur für einen kurzen Zeitraum eine Zusatzheizung (z.B. Strom oder Erdgas) benötigt.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Gewächshäusern lässt sich das im Projekt ELGEVOS betrachtete Solarkollektor-Gewächshaus also hauptsächlich bzw. vollständig über Strom versorgen. Die Komponenten und der angeschlossene Wärmespeicher ermöglichen einen flexiblen Betrieb der Energieversorgung des Gewächshauses.

Im Projekt wurde der Betrieb durch Lastverschiebung entsprechend der Preisschwankungen am Strommarkt optimiert und so minimale jährliche Strombeschaffungskosten erreicht. Die Strombeschaffungskosten des Solarkollektor-Gewächshauses können auf diese Weise so weit gesenkt werden, dass es wirtschaftlich betrieben werden kann. Dabei können durch die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien im Vergleich zu den konventionellen Gewächshäusern auch die CO2-Emissionen gesenkt werden.

Der Einsatz einer künstlichen Zusatzbeleuchtung rechnet sich allerdings auch im strompreis-optimierten Betrieb nicht, da die Steuern und Umlagen an den Stromkosten sehr hoch sind. Die Mehrkosten für die Stromversorgung übersteigen die Erlöse durch die Ertragssteigerung deutlich. Flexibles Verhalten von Verbrauchern könnte viel stärker angereizt werden, wenn die Preisschwankungen der Strombörse sich in den Gesamtkosten deutlicher widerspiegeln würden.

Gewächshausbetreiber können nun mit einer im Projekt ELGEVOS entwickelten Animation unterschiedliche Versorgungskonzepte interaktiv konfigurieren und miteinander vergleichen. Die Nutzer können auswählen, ob bzw. wie die Gewächshäuser mit Zusatzbeleuchtung und Komponenten für die Heizung und Kühlung ausgestattet sein sollen. Der strompreis-optimierte Betrieb kann mit dem Betrieb ohne Lastmanagement in animierter Form verglichen werden, und die Kostenkomponenten der Energieversorgung werden ins Verhältnis zu den Erlösen durch den Verkauf der produzierten Tomaten gesetzt. Zudem lässt sich überprüfen, wie die innovativen Gewächshäuser im Vergleich zu ihren konventionellen Vorgängern wirtschaftlich dastehen.

Die Flexibilität stromversorgter Solarkollektor-Gewächshäuser erlaubt neben dem strompreis-optimierten Betrieb auch netzdienliches Verhalten für den Ausgleich kurzfristiger Schwankungen in der Stromeinspeisung durch Regelleistung. Negative Regelleistung wird benötigt, wenn im Netz mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Positive Regelleistung dient dem Ausgleich von zu geringer Stromerzeugung im Verhältnis zum Verbrauch. Daher werden zunehmend flexible Kapazitäten zur Stromerzeugung, -speicherung und zum -verbrauch benötigt. Das Angebot von Regelleistung ist bei ausreichender Flexibilität auch durch große Verbraucher möglich, wobei diese bei negativem Regelleistungsbedarf eingeschaltet werden. Bei positivem Regelleistungsbedarf wird hingegen der Stromverbrauch reduziert.