Deutschland fordert mehr Erneuerbare. Sie sind sauber und unendlich vorhanden. Allerdings bedeutet dies auch Solar- und Windkraftwerke sowie kleinere Blockheizkraftwerke an vielen Orten, die nun vernetzt und deren Verbrauch sinnvoll geregelt werden muss. Wo es möglich ist, kann durch kurze Transportwege Energie gespart werden. Zum Beispiel ist das Speichern von regenerativer Sonnenkraft in Wärme effizient, wenn diese lokal verbraucht wird. Die Aufgabe der Energieversorgung wird es sein, die dezentralen Einzelleistungen sinnvoll zu planen, zu nutzen und zu vernetzen.
Wasserstoff kommt in der Natur nicht „gebrauchsfertig“ vor. Aber man kann ihn überall herstellen. Ganz einfach aus Wasser. Die dabei eingesetzte Energie bleibt im Wasserstoff gespeichert und wird so zum Kraftstoff. Ein Antrieb, der im wahrsten Sinne des Wortes für mehr Fahrtwind sorgt.
Bei mittlerweile 42 Mieteinheiten in der HafenCity agieren unterschiedlichste Geräte wie Kühlschrank, Fernsehgerät, Heizung und Waschmaschine effizient und gesteuert miteinander. Die Bewohner können einfach selber auf windstarke Zeiten reagieren und damit Geld sparen.
Strom kommt in der Natur nicht in „reiner“ Form vor – mit einer Ausnahme: der Sonne. Die Sonne sendet elektromagnetische Strahlen aus. Der physikalisch anspruchsvollste, aber auch der eleganteste Weg, Sonnenkraft zu gewinnen ist die Photovoltaik: Eine Solarzelle verwandelt Sonnenlicht direkt in Strom – also in nutzbare Energie. Durch die Kombination mit einer Batterie wird sie dann haltbar: Sonnenenergie für Zeiten in denen die Sonne nicht scheint.
Experten sind sich einig: Das Stromnetz ist einer der größten Engstellen beim beschlossenen Umbau der Energieversorgung. Damit ist nicht nur gemeint, dass der Ausbau nicht schnell genug voranschreitet. Die Grundproblematik ist vielmehr die: Strom lässt sich nicht im Netz „speichern“ – ein Problem, denn Wind- und Sonnenenergie reagieren nicht auf Knopfdruck. Vattenfall setzt deshalb auf Speicher. Strom aus erneuerbaren Energien wird in Batterien zwischen gespeichert. Wie viele man wo und wie braucht, soll das Referenzprojekt Smart HafenCity beantworten.
BHKW ist die Abkürzung für ein besonders wirkungsvolles Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung in unserem Fall aus Erdgas. Das Kreuzfahrt-Terminal wird dieses Prinzip nutzen und damit eine Energieerzeugung in der HafenCity vorhalten, die unabhängig von schwankenden Lasten ist.
Im Kaiserkai badet man in Sonnenkraft. Bald machen 1800 qm Kollektorfläche den Straßenzug zur größten Solarthermie-Anlage der Elbmetropole. Die Solarkollektoren auf den Dächern erwärmen dezentral das Brauch- und Heizwasser. Gespeichert wird dieses in großen Warmwasserspeichern im Keller der Wohnhäuser.
Mit möglichst wenig Energie eine bestimmte Wirkung erzielen, das nennt man energieeffizient. Man schätzt: bis zu 15 Prozent Energie könnten durch Änderung der Nutzungsgewohnheiten und Produktionsabläufe eingespart werden. Neben der Einsparung wird dem Verbrauch eine Schüsselrolle zugeschrieben. Denn direkt verbrauchen, bedeutet indirekt speichern. Steht viel erneuerbare Energie zur Verfügung aber die Nachfrage ist gering, werden Energieverbraucher zugeschaltet. Steht für eine Tätigkeit also nicht ein Zeitpunkt, sondern eine Zeitspanne zur Verfügung, kann auf das regenerative Angebot reagiert werden.
Elektroautos sind rollende Energiespeicher. Vor allem „gesteuert geladen“, zu windstarken Zeiten, können sie das Stromnetz entlasten. In der Smart HafenCity ist dies auch bei Flaute möglich: Denn hier lädt eine Pufferbatterie gesteuert. Und wann immer dann das E-Fahrzeug „tankt“, steckt Windkraft dahinter. Tatsächlich weist die öffentliche Ladestation am Heizwerk eine weitere Besonderheit auf: Sie ist eine Schnell-ladesäule, die zum Vollladen lediglich 30 Minuten benötigt!
40.000 Miniaturschiffe, 5.000 Gemälde und viele Objekte werden im Maritimen Museum auf 16.000 qm präsentiert. Und klimatisiert. Energie, die gut gesteuert werden kann. Vattenfall optimiert gleich in zweifacher Hinsicht: Zum einen wird der Energieverbrauch analysiert und optimiert, zum anderen steht bei der Regulierung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ein Energiebedarf zur Verfügung, der zugeschaltet werden kann. Klimaregelung ist nämlich träge: Zeit auf Wind zu warten.
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Ein BHKW ist kein eigentliches „Kraftwerk“, sondern eine Kombination mehrerer Wirkprinzipien, die vereint einen hohen Gesamtwirkungsgrad erreichen. Ein Verbrennungsmotor treibt z.B. mit Erdgas einen Generator an und erzeugt damit Strom. Die dabei entstehende Abwärme wird in einem Wärmetauscher zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser genutzt. So kann ein BHKW einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90% erreichen.

Betrieben mit z.B. Erdgas steht die Energie aus dem BHKW auch kurzfristig aber vor allem steuerbar zur Verfügung. Setzen wir mehr auf die Kraft aus Wind und Sonne, müssen solche kleine, dezentrale Systeme zurVerfügung stehen, um Engpässe auszugleichen.
Elektrische Fahrzeuge, die mit einer Batterie ausgestattet sind, können sich die Energie für ihre Elektromotoren bequem an der Steckdose holen. Geschieht dieses zum Beispiel nachts, wenn häufig der Wind weht und der Verbrauch sinkt, entlasten sie das Stromnetz. Vattenfall bietet „gesteuertes Laden“ an: der Nutzer bestimmt bis wann das Fahrzeug geladen sein soll und Vattenfall achtet auf den Wind. So versorgt sind Elektroautos völlig emissionsfrei.

Akku statt Benzintank – das ist nicht der einzige Unterschied zu herkömmlichen Fahrzeugen. Ein Elektroauto wird durch einen Elektromotor angetrieben. Dadurch fällt nicht nur der Verbrennungsmotor weg, sondern mit ihm viele andere Autoteile wie das Schaltgetriebe, die Kupplung oder die Lichtmaschine. Da bei einem Elektromotor anders als bei einem Benzinmotor die gesamte Anzugskraft sofort zur Verfügung steht, haben Strommobile eine sagenhafte Beschleunigung. Und das ganz leise.

Vattenfall testet in der Smart HafenCity eine Schnellladestation, die für eine Akkuladung lediglich 30 Minuten benötigt. Mit einer „Tankladung“ Strom kommt man heute sauber zwischen 100 und 250 Kilometer weit.

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien - 35% soll ihr Anteil nach den Plänen der Bundesregierung bereits 2020 betragen - wächst auch der Anteil der nicht so einfach prognostizierbaren Energiemenge. Neben Photovoltaik bestehen die Pläne vor allem im Ausbau der Windenergie, eine große Kraftquelle, deren Angebot sehr start schwankt. Schon heute kommt es zeitweise vor, das Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien gedrosselt werden muss, um die Stabilität der Netze nicht zu gefährden - saubere Energie, die verloren geht.
Die Energiewende und der erhöhte Anteil regenerative Energie macht ein Umdenken in der Energieversorgung notwendig. Dazu gehört:

  • Umsetzung von Energieeffiziensmaßnahmen
  • Management von dezentraler Energieerzeugung
  • Steuerung von Energieverbrauch
  • Implementierung von Speichertechnologien
  • Gesamtbetrachtung des Energiebedarfs:
    Strom, Wärme und Mobilität im Verbund.
  • Gesamtfläche: 157 ha = das Hamburger Stadtgebiet wird um 40% erweitert
  • Es entstehen 6.000 Wohnungen und mehr als 45.000 Arbeits-plätze
  • Derzeit sind 49 Projekte fertig gestellt; 35 Projekte in Bau oder in Planung
  • Investitionsvolumen: Private Investitionen ca. 8 Mrd. Euro; öffentliche Investitionen: ca. 2,4 Mrd. Euro, überwiegend finanziert aus Grundstücksverkaufserlösen in der HafenCity (ca. 1,5 Mrd. Euro)
Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen Halbleitern, die meist auf Silizium basieren. „Halbleiter“ sind chemische Elemente, die die Eigenschaften von Metallen und Nicht-Metallen kombinieren: Sie leiten Strom und gleichzeitig nicht. Vereinfacht gesagt, wird Silizium so in den Solarzellen verbaut, dass Sonneneinstrahlung Elektronen „anstoßen“ kann, um sie von dem nicht-leitenden in den leitenden Teil eines Kristallgitters zu schubsen – aus diesem physikalischen Effekt entsteht der elektrische Strom.

Der Anteil des so erzeugten Stroms lag 2009 erstmals bei über 1% der erzeugten Jahresstrommenge oder in absoluten Zahlen bei 6.6 Terawattstunden (TWh).
Im globalen Maßstab hat von den erneuerbaren Energien die Solarenergie aufgrund ihres „Kraftwerks Sonne“ das größte Potenzial. In Deutschland beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter zwischen 900 und 1200 kWh, der Hamburger Solaratlas verzeichnet für die Hansestadt Durchschnittswerte von ca. 1000 kWh/m². Dezentral können Solarthermie-Anlagen Brauch- und  Heizwasser regenerativ aufwärmen. Dazu werden meist auf Dächern Solarkollektoren installiert, in denen z.B. Wasser vom Sonnenlicht erhitzt wird. Wärmetauscher geben diese dann an das Brauchwasser ab. In gut isolierten Wasserspeichern steht die Wärme dann lange Zeit zur Verfügung. Für die Nutzer scheint also die Sonne auch nachts.
Die Vision des „Smart Grid“, des intelligenten Netz, geht von einer Vernetzung einer Vielzahl von Stromquellen aus. Windparks, Geothermie-, Photovoltaik-, Biomasse- und kleine Wasserkraftanlagen sollen virtuell zu einem “Kraftwerk“ werden. Denn zusammengeschaltet haben sie die Eigenschaft eines herkömmlichen Kraftwerkes: Energie verlässlich und planbar zu liefern. Grundlage dafür sind die intelligenten Steuerungsmöglichkeiten von Stromnachfrage und -erzeugung. Denn auch in einem „intelligenten Netz“ lässt sich Strom nicht speichern. Entscheidend sind deshalb (neben verschiedenen Speichertechnologien außerhalb des Netzes) „intelligente“ Verbrauchsstrukturen. Diese sollen die Stromnachfrage besser verteilen und die Lastkurve des Stromnetzes gleichmäßiger gestalten helfen.

Mit der Energiewende wird der Anteil der nicht steuerbaren Energiemengen zu nehmen. Wind weht z.B. häufig nachts, also zu einer Zeit mit geringem Verbrauch. Um die Energie aber trotzdem zu nutzen, werden zum einen Speichertechnologien vor allem auf Batteriebasis etabliert, zum anderen Verbrauche gesteuert. Vereinfacht gesagt, soll die Energie Arbeit verrichten, wenn der Wind weht und nicht, wenn der Bedarf besteht. Wasser wird z.B. nachts erwärmt und steht dann für die morgendliche Dusche bereit.
Mit Wasserstoff ist es möglich, durch Wind oder Solarzellen erzeugte Energie indirekt zu speichern und dann später wieder umweltfreundlich auch in Fahrzeugen einzusetzen. Hier wird seine Energie in einer Brennstoffzelle zu elektrischem Strom, der einen leisen Elektromotor antreibt. Dabei entstehen keine klimaschädigenden Emissionen, sondern nur reines Wasser.

An der Vattenfall Wasserstoffstation HafenCity wird Wasserstoff in zwei Elektrolyseuren aus Wasser erzeugt. Abgegeben wird das leichteste Gas unter Druck. So wird auch für weite Strecken ausreichend Energie im Fahrzeug untergebracht. Der Tankvorgang dauert nur wenige Minuten, die Reichweite entspricht der herkömmlicher Fahrzeuge. Sogar die SauberBusse der Hamburger Hochbahn tanken Wasserstoff für einen sauberen Nahverkehr.

Wasserstoff ist seit langem ein alltäglicher Rohstoff in der Industrie und als chemisches Element einer der Grundbausteine unserer Welt – aber auch unserer zukünftigen, sauberen Energieversorgung.
Herzstück der Smart Homes ist die Home Service Plattform, ihre Basis der intelligente Zähler Smart Meter. Energieverbräuche werden hier erfasst, visualisiert und gesteuert. Mehr Transparenz, mehr Effizienz, mehr Service und eine Kostensenkung bieten die Smart Homes - denn Vattenfall hat für den Test in der Smart HafenCity einen flexiblen Stromtarif geschaffen: wer zu Windstarken- und Verbrauchsarmenzeiten wäscht oder bügelt, kann Geld sparen!

Die neuen elektronischen Zähler und die Service Plattform ermöglichen dem Kunden rund um die Uhr einen Blick auf den eigenen Energieverbrauch. Die Anzeige kann einen Momentzustand abbilden oder einen Tages-, Wochen- oder Monatsverbrauch – grafisch aufbereitet und je nach eingesetzter Technik zum Beispiel im persönlichen Internetportal oder auf dem Fernseher. Der transparente Verbrauch trägt dazu bei, das Energiebewusstsein zu schärfen – ein nicht unerhebliches Einsparpotenzial.
Schalter an – Licht an! Natürlich soll das immer so bleiben, und genau deshalb muss sich so einiges ändern. Unsere Gesellschaft ist eine nachfrageorientierte Energieversorgung gewohnt. Das heißt, die Nachfrage diktiert die Produktion. Wir benötigen Energie, ein Kraftwerk liefert sie.

Um die Energiewende zu meistern, ist ein Umdenken in der Energieversorgung notwendig. Durch das Management von Energieerzeugung und Energieverbrauch, durch Energieeffizienzmaßnahmen und Speichertechnologien kann eine angebotsorientierte Energieversorgung zur Wende beitragen. Denn eine solche Versorgung reagiert auf das Angebot von Wind und Sonne und erhöht damit ihre Nutzung.

Einen Weg, den Vattenfall geht. Deshalb untersuchen wir in der Hamburger HafenCity verschiedene Technologien, Steuerungstools und Energiemanagementansätze. Das Ziel: eine Keimzelle für die Zukunft auf dem Weg zur nachhaltigen Energieversorgung.

In Hamburg will man bis zum Jahr 2020 die CO2-Emissionen um 40% und bis 2050 um 80% senken. Erreicht werden soll das durch:

  • Investitionen in einen modernen / ökologischen Anlagenpark und damit die Verdoppelung der erneuerbaren Energien bis 2030
  • Sicherstellung der Netzstabilität durch hochflexible Kombi-Kraftwerke und Speichersysteme
  • Ausbau der Nah- und Fernwärme v.a. durch Kraft-Wärme-Kopplung und die Integration von industrieller Abwärme.
  • Schaffung eines intelligenten Stromnetzes mit diversen „smarten“ Lösungen zur Effizienzsteigerung
  • Ausbau der Elektromobilität mit Batterie und Wasserstoff
  • Investition in Forschung und Entwicklung sowie in Ausbildung


Gemeinsam mit den Kooperationspartnern Vattenfall und E.ON Hanse steht bis 2018 ein Investitionsvolumen von insgesamt 1,6 Mrd. Euro zur Verfügung.

Durch die Kooperationsvereinbarung „Energiekonzept für Hamburg“ wird die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit der Stadt Hamburg weiter intensiviert. Vattenfall hat der Hansestadt Hamburg weitreichende Mitspracherechte bei der Gestaltung von Investitions- und Ausgabenplänen eingeräumt. So entscheiden die Partner unter anderem gemeinsam, welche Kraftwerke gebaut oder ausgebaut werden oder welche Brennstoffe zum Einsatz kommen.

Dazu hat die Stadt einen Anteil von 25,1% an den Netzgesellschaften für Strom und Gas sowie Fernwärme von Vattenfall und E.ON Hanse für insgesamt 543,5 Millionen Euro übernommen. Eine Investition, die die Partnerschaft rechtlich bindet und den Einfluss legitimiert. Nun widmen sich die Partner dem gemeinsamen Ziel: Hamburg wird Modellstadt in der Energiewende!
Vattenfall testet in der HafenCity bereits bekannte sowie neue innovative Technologien gemeinsam in einem Management-Tool. Denn für eine angebotsorientierte Energieversorgung, die auf vorhandene regenerative Energie reagiert, gilt es Erzeugung, Speicherung und Verbrauch gemeinsam zu betrachten. Ebenso wie deren Verwendung: als Strom, Wärme oder Mobilität.
Erzeugung
Die Energiewende bringt dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung mit sich. Wie und wo lassen sich erneuerbare Energien direkt nutzen und wie können sie zu einem intelligenten Stromnetz vernetz werden?
Speicher
Wenn mehr erneuerbare Energie genutzt werden soll, benötigt man Speicher, die Energie aufnehmen, wenn Sie zur Verfügung steht und wieder abgeben, wenn sie benötigt wird.
Verbrauch
Gesteuerter Verbrauch schafft Flexibilität, um entweder auf die Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie zu warten oder erneuerbare Energie zu verbrauchen, wenn sie anfällt.