SIEMENS

Die ökologisch korrekte Stadt der Zukunft entsteht derzeit in der Wüste der Vereinigten Arabischen Emirate. Dort, nahe Abu Dhabi, bauen Arbeiter aus aller Welt an Masdar City – einer Stadt für bis zu 50.000 Menschen, die ihren Energiebedarf vollständig aus regenerativen Quellen decken und die Umwelt nicht mit dem Treibhausgas Kohlendioxid belasten soll (siehe Artikel “Zukunft ohne Öl”, Pictures of the Future, Herbst 2008). Der Strom soll vor allem von solarthermischen Kraftwerken und Photovoltaik-Anlagen geliefert werden. Die höheren Kosten wollen die Stadtplaner durch höhere Effizienz wettmachen: Der Energieverbrauch pro Einwohner soll nur ein Fünftel dessen betragen, was heute Standard ist.
Das lässt sich nur erreichen, wenn vorausschauende Planung und moderne Technik Hand in Hand gehen. So stehen die Gebäude von Masdar nahe beieinander, um sich gegenseitig Schatten zu spenden, was die Klimaanlagen entlastet. Dennoch kommt genug Tageslicht ins Innere der Häuser. Für erträgliche Temperaturen sorgen auch die Betonstelzen, auf denen die Gebäude stehen: Sie erlauben eine Zirkulation der Luft. Solch intelligente Architektur ist nötig, denn 70 % des Energieverbrauchs in Abu Dhabi entfallen derzeit auf die Kühlung von Gebäuden.
2016 soll die grüne Hightech-Vision – geplant vom britischen Architekten Sir Norman Foster – fertig sein. Wird sie ein Erfolg, werden sich Städtebauer und Architekten aus aller Welt an den dort erprobten Technologien orientieren. Auch Siemens beteiligt sich daran: "Die Masdar-Initiative ist ein faszinierendes Projekt und passt strategisch sehr gut zu unserem Energieeffizienz-Programm und den Lösungen unseres Umweltportfolios", sagt der verantwortliche Manager Tom Ruyten in Dubai.
Natürlich ist Masdar ein Unikat – wann hat man schon einmal die Chance, eine komplette Stadt zu errichten und dabei von Anfang an auf einen minimalen "ökologischen Fußabdruck" zu achten? Aber intelligente Gebäudetechnologien sind überall gefragt, zumal sich in den Industriestaaten Gebäude derzeit von bloßen Energiekonsumenten hin zu aktiven Teilnehmern am Strommarkt wandeln, die selbst erzeugte Elektrizität anbieten. "Immer mehr Gebäude haben Photovoltaik- oder kleine Windkraftanlagen auf dem Dach", erklärt Volker Dragon, der sich bei der Siemens-Division Building Technologies im schweizerischen Zug mit Energieeffizienz befasst. "Hier werden die intelligenten Stromzähler – die Smart Meter – für viel Veränderung sorgen."
Die kleinen Kästen messen künftig nicht nur den aktuellen Stromverbrauch, sondern können auch mit den Geräten im Haus und den Energieversorgungsunternehmen kommunizieren (siehe Artikel "Schluss mit dem Blindflug"). Ab 2010 müssen aufgrund einer Richtlinie der Europäischen Union und gesetzlichen Vorgaben in Deutschland Neubauten und modernisierte Gebäude mit Smart Meter ausgestattet werden. Für die Kunden machen sie die Stromkosten transparent, und die Energielieferanten hoffen auf präzise Daten, um die Nachfrage besser vorhersagen zu können. Außerdem können sie dann neue Produkte anbieten: etwa dynamische Tarife, die sich viertelstündlich ändern können. So ließe sich die Abnahme von Energie besser verteilen und das Gesamtsystem entlasten – Experten rechnen mit einem Einsparpotenzial von bis zu 20 %.
Aber auch kleine Blockheizkraftwerke in Gebäuden (siehe Artikel “Das eigene Kraftwerk im Haus”, Pictures of the Future, Herbst 2008) könnten so besser in das Energienetz der Zukunft integriert werden. "Wenn im Netz die Nachfrage nach Strom groß ist, liefert das Blockheizkraftwerk die Elektrizität nach außen und speichert gleichzeitig die Abwärme in einem lokalen Wärmespeicher oder den thermischen Kapazitäten des Gebäudes", beschreibt Dr. Christof Wittwer vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg ein solches Szenario. "Auf sie kann man später zurückgreifen, wenn die Bewohner Wärme brauchen."
Wasserspeicher – gut isolierte Tanks – stehen für solche Wärmespeicher bereits zur Verfügung. Im Forschungs- und Entwicklungsstadium sind hingegen noch Speicher, die auf einem Phasenwechsel beruhen: Dabei wird beispielsweise ein Salz mit der überschüssigen Wärme geschmolzen. Bei steigendem Wärmebedarf kann die Energie aus dem Speicher entnommen werden, und das Salz wird wieder fest. Die Ausbeute ist beeindruckend hoch: "Solche kleinen Blockheizkraftwerke erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 % – das ist primärenergetisch betrachtet deutlich günstiger als bei fossil befeuerten Großkraftwerken, wenn diese keine Wärmenutzung vorsehen", erklärt Wittwer.

Die Nachfrage steuern. Umgekehrt lassen sich Verbraucher zu Spitzenzeiten auch gezielt abschalten, um das Stromnetz zu entlasten – so könnte man Waschmaschinen oder Wäschetrockner nachts betreiben, wenn der Strom billig ist. "Viele Geräte sind heute schon dazu in der Lage und können entsprechende Steuersignale über die Stromleitung empfangen", erklärt Dragon. "Die Ein- und Ausschaltzeiten bestimmt dabei der Smart Meter." Solche Szenarien könnten in naher Zukunft umgesetzt werden – entweder über flexible Tarife oder dadurch, dass die Energieversorger die intelligenten Stromzähler zentral steuern.
Für die Versorger hätte das den Vorteil, dass sie die "Regisseure" in ihren Netzen bleiben und plötzliche Lastspitzen, wie sie durch das gleichzeitige Einschalten vieler Verbraucher entstehen, selbst verhindern können. Allerdings müssen die Kunden einverstanden sein, dass der Stromlieferant ihre Geräte je nach Netzauslastung ein- oder ausschaltet. Letztlich haben aber beide ein Interesse an einer möglichst "flachen Lastkurve", das heißt, Lasten auf Zeiten mit geringer Nachfrage zu verschieben: Der Stromversorger will Lastspitzen vermeiden – und der Verbraucher möchte günstige Stromtarife.
Die Herausforderung besteht darin, die Gebäude-Subsysteme untereinander abzustimmen sowie ihre Kommunikation mit der Umgebung zu regeln – kurz: die vielfältigen Insellösungen zusammenzuschalten. "Das ist nicht trivial, weil diese Systeme in langen Jahren unabhängig voneinander gewachsen sind", erklärt Dragon. "Nötig sind etwa Schnittstellen, über die sich die Steuerungsprogramme miteinander austauschen." Genau solche Software- Lösungen werden von Building Technologies unter dem Namen "Total Building Solutions" (TBS) entwickelt.
Dabei werden so unterschiedliche Systeme wie Gebäudeleit- und Sicherheitstechnik, Heizung, Lüftung, Klima- und Kältetechnik, Raumautomation, Elektroverteilung, Brand- und Einbruchschutz, Zutrittskontrolle und Videoüberwachung zu einer Einheit verknüpft. "Erst wenn alle Systeme perfekt harmonieren, können sie ihr wirtschaftliches Potenzial voll entfalten", argumentiert Dragon. "Ob Stadion, Bürogebäude, Krankenhaus, Hotel, Industriekomplex oder Einkaufszentrum – die TBS stellen sicher, dass die Gebäude produktiv arbeiten, die Gebäudenutzer und -einrichtungen zuverlässig geschützt sind und die Energie sinnvoll eingesetzt wird."

Große Einsparpotenziale. Wie viel Energie sich mit der intelligenten Vernetzung von Erzeugern und Verbrauchern einsparen lässt, hängt vom Einzelfall ab – generell rechnen die Experten mit 20 bis 25 %. "Dieser Betrag schwankt je nach Art des Gebäudes erheblich: Bei Einkaufszentren ist oft ein Sparpotenzial von bis zu 50 % vorhanden, während es bei Bürogebäuden bei 20 bis 30 % liegt", rechnet Dragon vor. "Bei Krankenhäusern wiederum lassen sich 5 bis 10 % der Energie einsparen." Die großen Unterschiede sind eine Folge der Nutzungsprofile: Ein Einkaufszentrum wird nur zehn bis zwölf Stunden pro Tag betrieben und am Sonntag überhaupt nicht – ein Krankenhaus arbeitet hingegen rund um die Uhr. "Darum gibt es hier kaum noch Spielraum, um durch geschickte Steuerung der Verbraucher große Energiemengen einzusparen", sagt Dragon. "In einem Bürogebäude kann man nachts die Heizung abschalten, im Krankenhaus nicht."
Doch nicht nur in der Wüste oder in den gemäßigten Zonen sondern auch in eisiger Höhe hilft Technik Energie sparen: So wird die neue Monte-Rosa-Hütte des Schweizer Alpen-Clubs auf 2 883 m Höhe künftig fast autark sein – mit einer ausgeklügelten Gebäudetechnik und dank Siemens-Komponenten (siehe Artikel “Intelligenter Wetterfrosch”, Pictures of the Future, Frühjahr 2008): Den Strom liefert eine Photovoltaik-Anlage, die bei Bedarf von einem Blockheizkraftwerk unterstützt wird. Um das System so effizient wie möglich zu betreiben, nutzt die Steuerung Wettervorhersagen und die Daten des Reservierungssystems. Damit lassen sich die Strom- und Wärmeproduzenten sowie alle Verbraucher und Speicher optimal koordinieren. Ein intelligenter Algorithmus berechnet periodisch den besten Verlauf der Vorlauftemperatur, so dass das gewünschte Raumklima mit minimalem Ressourceneinsatz erreicht werden kann – damit nicht das geringste Quäntchen Energie verloren geht.