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In the last years, energy prices for German households have been increasing constantly. Some reasons for that include: the dependency of Germany on external fossil fuels to supply its energy demand, the decision to invest in renewable energy generation and to shut down all its nuclear power plants. Nowadays households are already able to generate energy on-site, however the generation potential depends on climatic conditions as well as the specific location and the type of the building. 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. Under the assumptions taken for this study, the results of the simulation show that the community is able to generate more energy than consumed throughout a year, however in a few occasions there is not enough energy available to supply the community’s energy demand. Water can be heated up to 70°C at least once a week preventing the bacterium Legionella to grow. The community is able to supply 99% of the uncontrollable load group demand and 97% of the controllable load group demand. There is enough energy available to heat space during the cold months, if heat pumps with a coefficient of performance greater than two are used. The electric vehicles can be charged using the energy generated in the community via grid or extra battery banks. If energy prices continue to increase, German households will try to find solutions to reduce their energy bills. The integration of several households forming a community network is a solution that optimizes the energy use and space (especially taking wind turbines in consideration), and reduces investments. However, the implementation of such a community still depends on the availability of space, improvement and price reduction of energy storage systems, regulations for energy exchange as well as willingness of the people living in such a community to adapt their daily routine according to the availability of energy.
Deutschland hat sich in den letzten Jahren beim Klimaschutz zu einer internationalen Führungsrolle bekannt und verfolgt zur Erreichung der eigenen Emissionsminderungsziele verschiedene Strategien im stationären Energiewandlungsbereich. Hierzu gehören - neben anderen Technologieoptionen - auch die verstärkte Nutzung regenerativer Energiequellen und wandlungseffizienter Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien. Während legislative Fördermaßnahmen im erneuerbaren Energienbereich in Deutschland zu einem sehr starken Zubau von Energieanlagen führten, bleibt die Nutzung von dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) hinter den Erwartungen zurück. Die Gründe hierfür sind sehr vielschichtig, können aber zum Großteil auf fehlende ökonomische Anreize zurückgeführt werden. Die Zielsetzung der Arbeit besteht in der Entwicklung eines methodischen Ansatzes, um Lösungsmöglichkeiten für eine technische, wirtschaftliche und anreizorientierte Integration kleiner dezentraler KWK-Anlagen im kommunalen Versorgungsbereich anzubieten. Als ein wissenschaftlicher Beitrag zur Energieforschung im dezentralen Energieversorgungsbereich, besteht ein Hauptanliegen in der Ableitung von Betriebsführungsmethodiken für kleine KWK-Anlagen, die sowohl den lokalen Versorgungszielen des jeweiligen Anlagenbetreibers gerecht werden, als auch bestehende Energieeffizienzpotenziale im kommunalen Versorgungsbereich erschließen können. Hierfür werden zunächst - abgeleitet aus den kommunalen Energieversorgungsaufgaben - die Zielstellungen eines ganzheitlichen Energieversorgungsansatzes mit hohem Anteil dezentraler KWK-Anlagen in ein übergeordnetes Betriebsführungskonzept überführt und die technischen und ökonomischen Notwendigkeiten zur praktischen Realisierung erörtert. Aufbauend auf den Ausführungen zum ganzheitlichen Integrationsansatz bilden die Beschreibung eines entwickelten Optimiermodellansatzes und dessen Anwendung im Rahmen von Szenariobetrachtungen den Kern der Arbeit. Mit verschiedenen Szenarien für ein kleines kommunales Versorgungsgebiet werden die ökonomischen Effekte kostenoptimierter Betriebsführungsvarianten vergleichend gegenübergestellt und der Beitrag zur Steigerung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebes eruiert.