Ihr Einstieg zum Heben von Flexibilitätspotentialen
Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen - Lastverschiebung zur Optimierung von Kosten, Effizienz und Klimafreundlichkeit
Unsere Wissensplattform ist Ihr zentraler Einstieg in das Thema flexible Kälteversorgung. Hier finden Sie gebündeltes Fachwissen, Praxisbeispiele und praxisorientierte Hilfen, damit Sie die wirtschaftlichen und ökologischen Potenziale flexibilisierter Kälteanlagen erkennen und in Ihrem Unternehmen erfolgreich umsetzen können.
Die Inhalte reichen von kompakt aufbereiteten Grundlagen und Hintergrundinformationen über Beispiele aus der Praxis bis hin zu konkreten Hinweisen zur Umsetzung, angefangen bei technischen Aspekten über Planung und Betrieb bis hin zu organisatorischen Fragestellungen.
Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen meint Kälteanlagen so zu steuern, dass der Strombedarf zur Kälteerzeugung mit Hilfe von Kältespeichern auf Zeiten verschoben werden kann, in denen besonders kostengünstiger und emissionsarmer Strom verfügbar ist.
Flexibilität & Kältesysteme
Was bedeutet Flexibilität im Kältesektor, warum lohnt sich die Flexibilisierung und wie können Sie diese in der Praxis umsetzen? In diesem Bereich vermitteln wir Ihnen die grundlegenden Konzepte, Ziele und Methoden der Flexibilisierung sowie Anwendungsbeispiele zur Einordnung, welche Kälteanwendungen im Sektor vorkommen und wo Flexibilisierung ansetzen kann.
Kälteversorgung spielt in vielen Bereichen eine Rolle, von klimatisierten Gebäuden über Kühl- und Tiefkühllager bis hin zu Prozesskälte und Rechenzentren. Die folgende Übersicht zeigt typische Anwendungsfelder. So erhalten Sie eine erste Orientierung, wo in Ihrem Unternehmen Ansatzpunkte für flexible Kälteversorgung liegen können.
Anwendungen
Klimatisierung
- Büro- & Verwaltungsgebäude
- Hotel
- Krankenhaus
- Labor
Lagerung
- Büro- & Verwaltungsgebäude
- Hotel
- Krankenhaus
- Labor
Prozesskälte
- Maschinenbau
- Bäckerei
- Fleischerei
- Schokoladenfabrik
Rechenzentrum
- Großes Rechenzentrum
- Enterprise-Rechenzentrum
- Hochleistungs-Rechenzentrum
- Serverraum
Weiter unten finden Sie exemplarische Kältebedarfsprofile von unterschiedlichen Anwendungen sowie eine Einordnung von einsetzbaren Speichertechnologien.
Warum ist flexibilisieren so wichtig?
Flexible Kältesysteme können einen wichtigen Beitrag zu einem zukunftsfähigen Energiesystem leisten. Sie ermöglichen es, Stromverbrauch, Systemstabilität und Klimaschutz besser miteinander zu verbinden und gleichzeitig die eigene Kälteversorgung effizienter und sicherer zu betreiben. Hier erfahren Sie, welche Rolle flexible Kälteanlagen auf Systemebene, im eigenen Betrieb und für die Umwelt spielen.
Systemebene
- Netzstabilisierung
- Ausgleich der volatilen Einspeisung erneuerbarer Energien
- Vermeidung von Netzengpässen
und Überlastungen - Ermöglichung des weiteren Ausbaus
erneuerbarer Energien
Betreiberebene
- Kostensenkung durch intelligente Lastverschiebung
- Spitzenlastkappung bei
Leistungspreistarifen - Optimierte Nutzung lokal erzeugter
erneuerbarer Energie
Umweltebene
- Reduktion von CO₂-Emissionen
- Unterstützung der Klimaschutzziele
Flexibilitäts-Ziele
Nicht jedes Unternehmen verfolgt mit der Flexibilisierung seiner Kälteanlagen die gleichen Ziele. Für manche stehen Kosten und wirtschaftliche Vorteile im Mittelpunkt, für andere sind Versorgungssicherheit, Anforderungen des Netzanschlusses oder Nachhaltigkeit entscheidend. Die folgende Übersicht unterstützt Sie dabei, die wichtigsten Flexibilitätsziele zu erkennen und einzuordnen, welche davon für Ihre Anwendung besonders relevant sind.
Wirtschaftlich
- Nutzung eines dynamischen Stromtarifs
- Nutzung Eigenstrom (PV-Anlage)
- Reduktion Netzentgelte
- Energieeffizienz
Gesetzlich
- Energieeffizienz
- Umstellung Kältemittel
Resilienz
- Sichere Kälteversorgung bei Netz‑ oder Anlagenstörungen
Netzanschluss
- Spitzenlastkappung
Nachhaltigkeit
- Reduktion CO2-Emissionen
Definition Begriff „Flexibilität“
Der Begriff Flexibilisierung meint in diesem Kontext, dass der für den Betrieb einer Kältemaschine benötigte Strombezug in Zeitpunkt und Höhe von deren Normalbetrieb abweicht, um das zuvor definierte Flexibilitäts-Ziel zu erreichen.
Wie flexibilisieren?
Die Flexibilisierung von Kälteanlagen kann auf unterschiedlichen Wegen realisiert werden – je nach Anwendungsfall, vorhandener Infrastruktur und Zielsetzung bieten sich verschiedene technische Ansätze an. Im Folgenden stellen wir Ihnen vier zentrale Konzepte vor, die Ihnen unterschiedliche Möglichkeiten zur Integration von Flexibilität in Ihr Kältesystem aufzeigen.
1. Flexibilisierung über separate Kältespeicher
Klicken Sie auf die Pfeile oder Punkte, um durch den Prozess zu navigieren.
Umwandlung von Strom in Kälte
Die Kälte wird über eine elektrisch betriebene Kompressionskältemaschine (KKM) erzeugt, die an das Stromnetz gekoppelt ist. Sie wandelt elektrische Energie in Kälte um und speist diese in das Kältesystem ein.
Speicherung der Kälte
Zwischen Kälteerzeugung und Kälteabnehmer ist ein sensibler bzw. latenter Kältespeicher angeordnet. Damit die Last zeitlich verschoben werden kann, wird der Speicher in Zeiten mit günstigen Rahmenbedingungen (z.B. niedrigen Strompreisen) gezielt beladen. Die erzeugte Kälte wird im Speicher zwischengelagert und steht später bedarfsgerecht zur Verfügung.
Versorgung des Kälteabnehmers
Benötigt der Kälteanwender Kälte, kann diese entweder direkt von der KKM oder, vor allem in teuren bzw. kritischen Zeiten, aus dem Kältespeicher bereitgestellt werden. So lässt sich der elektrische Leistungsbedarf der Kälteanlage zeitlich vom Kältebedarf entkoppeln und flexibel an das Stromsystem anpassen, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.
2. Flexibilisierung über inhärente Kältespeicher
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Umwandlung von Strom in Kälte
Die Kälte wird über eine elektrisch betriebene Kompressionskältemaschine (KKM) erzeugt, die an das Stromnetz gekoppelt ist. Sie wandelt elektrische Energie in Kälte um und speist diese in das Kältesystem ein.
Inhärente Speicherung der Kälte
Bei der inhärenten Kältespeicherung übernimmt nicht ein separater Kältespeicher die Speicherfunktion, sondern das zu kühlende System selbst. Die vorhandene Wärmekapazität von Gütern, Bauteilen oder Medien wird gezielt genutzt, indem innerhalb eines definierten Temperaturbandes gearbeitet wird. In Phasen günstiger Rahmenbedingungen werden die Güter etwas stärker vorgekühlt, in Phasen hoher Strompreise oder Netzbelastung kann die Anlage gedrosselt oder kurzzeitig abgeschaltet werden, während sich die Temperatur nur um wenige Grad Celsius anhebt und die zulässigen Temperaturgrenzen eingehalten werden.
3. Flexibilisierung über zusätzliche Batterien
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Elektrische Energiespeicherung mit Batterie
In dieser Variante wird eine Batterie zwischen Stromnetz und Kälteanlage geschaltet. Sie speichert elektrische Energie zu Zeiten mit günstigen Bedingungen, zum Beispiel bei niedrigen Strompreisen oder hohem PV‑Angebot, und stellt diese später wieder für den Betrieb der Kältemaschinen zur Verfügung. Dadurch lässt sich die Stromabnahme der Kälteanlage zeitlich vom aktuellen Kältebedarf entkoppeln und gezielt verschieben, ohne die Kälteversorgung zu beeinträchtigen.
Umwandlung von Strom in Kälte
Die Kälte wird über eine elektrisch betriebene Kompressionskältemaschine (KKM) erzeugt, die an der Batterie gekoppelt ist. Sie wandelt elektrische Energie in Kälte um und speist diese in das Kältesystem ein.
Versorgung des Kälteabnehmers
Benötigt der Kälteanwender Kälte, kann diese entweder direkt von der KKM oder, vor allem in teuren bzw. kritischen Zeiten, aus dem Kältespeicher bereitgestellt werden. So lässt sich der elektrische Leistungsbedarf der Kälteanlage zeitlich vom Kältebedarf entkoppeln und flexibel an das Stromsystem anpassen, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.
4. Flexibilisierung über Wärme/Kälte-Kopplung
Klicken Sie auf die Pfeile oder Punkte, um durch den Prozess zu navigieren.
Strom- und Wärmeerzeugung im BHKW
Aus dem Gasnetz wird das Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Brennstoff versorgt. Das BHKW erzeugt gleichzeitig Strom und Wärme. Der Strom kann direkt ins Stromnetz eingespeist und damit flexibel, beispielsweise strommarktorientiert, bereitgestellt werden.
Nutzung eines Wärmespeichers
Die im BHKW erzeugte Wärme wird nicht nur direkt genutzt, sondern zusätzlich in einem Wärmespeicher zwischengespeichert. Dadurch kann die Absorptionskältemaschine (AKM) mit möglichst gleichmäßigem Betrieb gefahren werden, während die Wärme zeitlich versetzt entsprechend dem Bedarf abgerufen wird.
Kälteerzeugung mit der Absorptionskältemaschine
Aus dem Wärmespeicher wird Wärme an die AKM geliefert. Die AKM wandelt diese Wärme in Kälte um und deckt typischerweise die Grundlast des Kältebedarfs. Durch den Wärmespeicher kann die AKM relativ kontinuierlich betrieben werden.
Zusätzliche Kälte aus der Kompressionskältemaschine
Für Lastspitzen und schnelle Bedarfsänderungen steht eine elektrisch betriebene Kompressionskältemaschine (KKM) zur Verfügung, die an das Stromnetz gekoppelt ist. Sie kann flexibel zu- und abgeschaltet werden und ergänzt die AKM bei höherem Kältebedarf. Es können sowohl das BHKW als auch die KKM Flexibilität für das Energiesystem bereitstellen.
Versorgung des Kälteabnehmers
Benötigt der Kälteanwender Kälte, kann diese entweder direkt von der KKM oder, vor allem in teuren bzw. kritischen Zeiten, aus dem Kältespeicher bereitgestellt werden. So lässt sich der elektrische Leistungsbedarf der Kälteanlage zeitlich vom Kältebedarf entkoppeln und flexibel an das Stromsystem anpassen, ohne die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.
Rollen, Dienstleistungen und Akteure
Für die Umsetzung von Flexibilitätslösungen werden neue Dienstleistungen benötigt.
Diese beschreiben teils neue Rollen, teils erweitern sie bestehende Verantwortungsbereiche.
Die unterschiedlichen Marktteilnehmer und Akteure der Kältewertschöpfungskette bieten jeweils eine oder mehrere Dienstleistungen an und übernehmen die damit verbundenen Aufgaben.
Übersicht und Bewertung von Rollen und deren Dienstleistungen in der Kältewertschöpfungskette.
Es werden die identifizierten Akteure in der Kältewertschöpfungskette angezeigt.
Wer ist woran beteiligt? Die Farbcodierung hilft Ihnen bei der Einordnung:
 | Primäre Akteure – sind direkt am Geschehen beteiligt und stellen Flexibilität bereit, vermarkten oder nutzen sie. |
 | Indirekte Akteure - Handeln zwar nicht selbst operativ, sind aber wichtig für das Gesamtsystem und die Rahmenbedingungen. |
 | Regulatorische Akteure – sie setzen durch Gesetze und Regulierung die Rahmenbedingungen, agieren aber selbst nicht operativ. |
 | Übergeordnete Akteure, die für das Energiesystem systemisch bedeutend sind, aber nicht direkt in der Flexibilitäts-Wertschöpfungskette mitwirken. |
Bei flexibel betriebenen Kühlsystemen ist entscheidend, wer den Zugriff auf die Steuerung der Kälteanlage übernimmt. Diese Aufgabe kann entweder bei einem externen Dienstleister oder beim internen Anlagenbetreiber liegen. Beide steuern das System anhand eines optimierten Betriebsplans. Je nach Steuerungsvariante kann sich die Verteilung von Verantwortung für Optimierung, Steuerung und Informationsaustausch zwischen den beteiligten Akteuren unterscheiden. Die unterschiedlichen Schnittstellennetzwerke können Sie nachfolgend näher einsehen.
Schnittstellennetzwerk
S.0: konventionell
S.1A: extern – Transaktionsbasierte Steuerung durch einen Standortenergiesystemoptimierer
S.1B: extern – Steuerung durch einen Standortenergiesystemoptimierer auf Grundlage kontinuierlicher Preisinformationen
S.2: extern – Steuerung durch den Stromlieferanten
S.3: extern – Steuerung durch den Betreiber eines virtuellen Kraftwerks
S.4: intern – Interne Steuerung mit Preisinformationen des Stromlieferanten
S.5: intern – Interne Steuerung mit Preisinformationen eines virtuellen Kraftwerks
S.6: hybrid – Externe Optimierung mit interner Entscheidung und Steuerung
Steuerungsvarianten im Überblick
Die Steuerungsvarianten zeigen, wie eine Kälteanlage flexibel betrieben werden kann. Sie unterscheiden sich vor allem darin, wer den Betrieb plant, wer über die Umsetzung entscheidet und wer die Anlage steuert.
S.0 – Konventioneller Betrieb
Der Kälteanlagenbetreiber plant und steuert den Betrieb seiner Anlage vollständig selbst. Der Stromlieferant versorgt den Standort mit elektrischer Energie, nimmt jedoch keinen Einfluss auf die Anlagensteuerung. Diese Variante dient als Ausgangspunkt für den Vergleich mit den flexiblen Steuerungsvarianten.
S.1A – Transaktionsbasierte externe Steuerung
Der Stromlieferant fragt für einen bestimmten Zeitraum nach flexibler Leistung. Ein Standortenergiesystemoptimierer prüft anhand der aktuellen Betriebsdaten, welche Flexibilität die Kälteanlage anbieten kann, und erstellt ein Angebot.
Nimmt der Stromlieferant dieses Angebot an, setzt der Standortenergiesystemoptimierer den vereinbarten Fahrplan um und steuert die Kälteanlage entsprechend. Die Stromversorgung bleibt weiterhin Aufgabe des Stromlieferanten.
S.1B – Externe Steuerung auf Grundlage kontinuierlicher Preisinformationen
Der Stromlieferant stellt regelmäßig Prognosen zur Entwicklung der Strompreise bereit. Der Standortenergiesystemoptimierer kombiniert diese Informationen mit den aktuellen Betriebsdaten der Kälteanlage und erstellt daraus einen passenden Betriebsfahrplan.
Diesen Fahrplan übermittelt er an den Stromlieferanten und setzt ihn anschließend selbst um. Anders als bei S.1A gibt es keine einzelne Leistungsanfrage und kein separates Angebot. Die Stromversorgung erfolgt weiterhin durch den Stromlieferanten.
S.2 – Externe Steuerung durch den Stromlieferanten
Der Stromlieferant übernimmt die Planung und direkte Steuerung der Kälteanlage. Dafür erhält er aktuelle Betriebsdaten und ermittelt, wie flexibel die Anlage betrieben werden kann.
Auf Grundlage dieser Daten sowie eigener Strompreisprognosen und der Netzentgelte erstellt der Stromlieferant einen optimierten Fahrplan. Diesen setzt er über einen direkten Zugriff auf die Anlagensteuerung um. Gleichzeitig versorgt er den Standort mit elektrischer Energie.
S.3 – Externe Steuerung durch ein virtuelles Kraftwerk
Bei dieser Variante übernimmt der Betreiber eines virtuellen Kraftwerks die Planung und Steuerung der Kälteanlage. Er wertet die aktuellen Betriebsdaten aus und ermittelt die verfügbare Flexibilität.
Unter Berücksichtigung von Strompreisprognosen und Netzentgelten erstellt er einen optimierten Fahrplan und steuert die Anlage entsprechend. In der dargestellten Konfiguration übernimmt der Betreiber des virtuellen Kraftwerks auch die Stromversorgung.
S.4 – Interne Steuerung mit Preisinformationen des Stromlieferanten
Der Stromlieferant stellt Prognosen zur Entwicklung der Strompreise bereit. Der Kälteanlagenbetreiber verbindet diese Informationen mit den betrieblichen Anforderungen und plant den Einsatz seiner Anlage selbst.
Den erstellten Fahrplan übermittelt er an den Stromlieferanten, damit dieser ihn bei der Strombeschaffung berücksichtigen kann. Die Entscheidung über die Umsetzung und die Steuerung der Kälteanlage bleiben vollständig beim Kälteanlagenbetreiber.
S.5 – Interne Steuerung mit Preisinformationen eines virtuellen Kraftwerks
Diese Variante funktioniert ähnlich wie S.4. Die Strompreisprognosen werden jedoch vom Betreiber eines virtuellen Kraftwerks bereitgestellt.
Der Kälteanlagenbetreiber erstellt auf dieser Grundlage seinen Betriebsfahrplan und übermittelt ihn an das virtuelle Kraftwerk. Er entscheidet selbst über die Umsetzung und behält die Kontrolle über die Anlage. In der dargestellten Konfiguration erfolgt auch die Stromversorgung über den Betreiber des virtuellen Kraftwerks.
S.6 – Externe Planung, interne Kontrolle
Diese Variante verbindet externe Unterstützung mit der Kontrolle durch den Kälteanlagenbetreiber. Ein Standortenergiesystemoptimierer erhält Strompreisprognosen vom Betreiber eines virtuellen Kraftwerks sowie aktuelle Betriebsdaten der Kälteanlage.
Aus diesen Informationen erstellt er einen optimierten Fahrplanvorschlag. Der Kälteanlagenbetreiber entscheidet selbst, ob und wie er diesen umsetzt, und steuert die Anlage weiterhin eigenständig. Die Stromversorgung übernimmt in der dargestellten Konfiguration der Betreiber des virtuellen Kraftwerks.
Dienstleistungen im Kältesektor
Welche Dienstleistungen spielen im Kältesektor eine Rolle und was ändert sich durch Flexibilisierung?
In der nachfolgenden Übersicht sehen Sie auf der linken Seite Dienstleistungen, die unabhängig von Flexibilität relevant sind. Auf der rechten Seite finden Sie neue Dienstleistungen, die durch Flexibilisierungsmaßnahmen entstehen. Die mittlere Spalte beschreibt zusätzliche Verantwortungsbereiche für Akteure, die bereits in der Wertschöpfungskette ohne Flexibilisierung Rollen einnehmen.
Anlagenbau
Standard Dienstleistungen
Erweiterung Dienstleistungen für Flexibilität
Zusätzliche Dienstleistungen für Flexibilität
Bau Kälteanlage
- Kälteanlagenhersteller
EMS-Schnittstelle ermöglichen
- Kälteanlagenhersteller
Bau Speicher
- Speicherhersteller
Entwicklung EMS
- EMS-Hersteller
Planung / Installation / Inbetriebnahme
Standard Dienstleistungen
Erweiterung Dienstleistungen für Flexibilität
Zusätzliche Dienstleistungen für Flexibilität
Dimensionierung Kälteanlage
- Anlagenplaner
Optimierte Dimensionierung
- Anlagenplaner
Erstellung hydraulisches Konzept
- Anlagenplaner
Installation und Inbetriebnahme Kältesystem
- Anlagenplaner
Installation EMS
- Standortenergiesystem-Optimierer
- Virtuelles Kraftwerk
- EMS-Hersteller
Anlagenbetrieb
Standard Dienstleistungen
Erweiterung Dienstleistungen für Flexibilität
Zusätzliche Dienstleistungen für Flexibilität
Lieferung von Strom
- Stromhändler
Anlagensteuerung
- Anlagenbetreiber
Mit dynamischen Tarifen
- Stromhändler
- Virtuelles Kraftwerk
- Anlagenhersteller
Optimierte Anlagensteuerung
- Standortenergiesystem-Optimierer
- Virtuelles Kraftwerk
- Anlagenbetreiber
Lieferung von Kälte
- Anlagenbetreiber
- Kälteabnehmer
Daten / Flexibilitätspotenzial
- Kälteanlagenhersteller
Geschäftsmodelle
Flexibilisierung erfordert Geschäftsmodelle, die Planung und Betrieb eng verzahnen und Anreize
bereits beim Invest setzen, damit spätere Erlöse aus dem flexiblen Betrieb allen relevanten
Akteuren zugutekommen.
Diese zwei Grundmodelle haben sich bewährt:
Contracting
Ein Contractor deckt mehrere Rollen von Planung bis Betrieb ab und profitiert anteilig an den Erlösen aus dem flexiblen Betrieb.
| Beschreibung | Der Anlagenbetreiber beauftragt einen Contractor als zentralen Verantwortlichen. • Variante a) ganzheitlich inkl. Planung, Bau, Betrieb und Strombeschaffung. • Variante b) ohne Strombeschaffung – Planung/Bau/Betrieb, Strombeschaffung separat bei Anlagenbetreiber. |
| Erstkontakt | Kaltakquise durch den Contractor oder proaktive Ansprache durch den Anlagenbetreiber. |
| Typischer Akteur mit Erstkontakt | Stadtwerke/Energiedienstleister (ganzheitlich) bzw. Standortsystemoptimierer/Contractoren (ohne Strombeschaffung). |
| Integration von weiteren Akteuren | Der Contractor integriert Planer, Kälteanlagenhersteller, Speicherhersteller und EMS-Anbieter selber oder als Subunternehmer; |
| Chancen / Vorteile | • geringer Aufwand für den Betreiber. • Standardisierungspotenzial senkt Prozess- und Transaktionskosten. • Betriebsrisiko kann (bei ganzheitlichem Contracting) auf den Contractor übergehen |
| Herausforderungen | • Hoher organisatorischer Aufwand für Produktgestaltung bei geringer Kundendichte. • Erschwerte Generalisierung aufgrund individueller Anforderungen. • Höhere Gesamtkosten durch zusätzliche Contractor-Vergütung. • Variante a) mit Strombeschaffung: Anlagenbetreiber ist an Stromtarif von Contractor gebunden. • Variante b) ohne Strombeschaffung: Betreiber trägt meist das volle Investitionsrisiko für die Flexibilisierung. |
Eigenkoordination des Betreibers
Der Anlagenbetreiber steuert die Rollen selbst und beauftragt Leistungen modular.
| Beschreibung | Der Anlagenbetreiber beauftragt benötigte Dienstleistungen einzeln und orchestriert Planung, Bau, Betrieb, Steuerung und Flexibilisierung modular. |
| Erstkontakt | Neubau/Umbau: Anlagenplaner oder externe Berater mit Potentialanalyse vor der Anlagenplanung. Bestand: Kälteanlagenhersteller oder Wartungsservice mit Flex-Angebot im Rahmen einer Wartung. |
| Typischer Akteur mit Erstkontakt | Bei Neu-/Umbau: Planungsunternehmen. Bei Wartungen/Bestand: Kälteanlagenhersteller. Alternativ: Beratungsunternehmen, Speicherhersteller, EMS-Betreiber. |
| Integration von weiteren Akteuren | Modulare Beauftragung über Partnernetzwerke. Der Betreiber koordiniert Rollen, Leistungsbilder und Schnittstellen; sich ergänzende Unternehmen arbeiten in Partnerschaften zusammen. |
| Chancen / Vorteile | • Hohe Individualisierung und Kostenoptimierung durch freie Anbieterwahl. • Höheres Ertragspotential: hohes Investitionsrisiko kann zu höheren Profitchancen führen. |
| Herausforderungen | • Abstimmung zwischen Akteuren schwierig; Betreiber benötigt tiefes Verständnis für die Flexibilisierungswertschöpfungskette und muss gezielt beauftragen. • Partnerschaften essenziell; Speicherhersteller, EMS-Anbieter und Beratung stehen unter hohem Marktdruck, da ihr Geschäftsmodell Flexibilisierung voraussetzt. • Planer/Kälteanlagenhersteller haben oft Erstkontakt, aber geringeren Druck Flexibilisierungslösungen anzubieten, da ihre Geschäftsmodelle keine Flexibilisierung vorraussetzten. • Betreiber trägt volles Investitionsrisiko (insb. für Speicher); starke Abhängigkeit von Beratung/Planung. Zusätzliche Aufgaben für Planer; Wissenslücken zu Anforderungen für Flexibilisierung bei Auslegung und Planung. |
Konsequenz für Marktteilnehmer/Akteure:
Entweder Leistungen gebündelt als/mit Contractor anbieten oder standardisiert und schnittstellenklar bereitstellen, damit Flexibilisierung modular umgesetzt werden kann.
Nutzung des Flexibilitätspotenzials und Reduktion von Handelsrisiken
Um Stromkosten nachhaltig zu senken, gibt es zwei zentrale Hebel: die bessere Nutzung von Flexibilitätspotentialen und die Reduzierung des Handelsrisikos bei der Strombeschaffung. Im Projekt wurden verschiedene Steuerungsvarianten identifiziert – vom konventionellen Betrieb bis hin zu intelligenten, prognosebasierten Konzepten.
| Variante der Anlagensteuerung | Anlagenbetreiber | Nutzung Flexibilitäts-potential | Stromhändler | Handelsrisiko Stromhändler |
|---|---|---|---|---|
 S.0 Konventioneller Betrieb | Keine Fahrplanoptimierung anhand von Strompreisen oder externen Vorgaben. Die Kälteversorgung ist über die bestehende Regelstrategie sichergestellt. Vorhandene Flexibilitätspotenziale werden nicht gezielt genutzt. |  | Abrechnung der Stromlieferung nach vereinbartem Stromtarif. Für Strombeschaffung und Prognose werden verfügbare Verbrauchsdaten und Prognoseverfahren genutzt. |  |
 S.1 Anlagenbetrieb nach vorgegebenem Fahrplan | Keine direkte Fahrplanoptimierung durch den Anlagenbetreiber. Der Anlagenbetreiber stellt freigegebene Flexibilität zur Verfügung und setzt möglichst den extern optimierten Fahrplan um. Technische Grenzwerte und die sichere Kälteversorgung werden durch Regelstrategie eingehalten. |  | Der Stromlieferant bzw. Dienstleister erhält vereinbarte Informationen zu Verfügbarkeit, Leistungsgrenzen und nutzbarer Flexibilität. Er erstellt auf dieser Grundlage optimierte Fahrpläne. Die bereitgestellte Flexibilität kann energiewirtschaftlich genutzt werden. |  |
 S.2 | Fahrplanoptimierung durch den Anlagenbetreiber anhand des vereinbarten Stromtarifs bzw. Preissignals. Kältebedarf sowie technische und betriebliche Grenzwerte werden in der Optimierung berücksichtigt. Die Flexibilität wird zur Stromkostenoptimierung am Standort genutzt. |  | Der Stromlieferant erhält keine zusätzlichen Anlageninformationen oder optimierten Strombedarfsprognosen. Abrechnung der Stromlieferung nach vereinbartem Stromtarif. Veränderungen des Lastverlaufs werden nicht vorab abgestimmt. Das erhöhte Handelsrisiko muss im Stromtarif berücksichtigt werden. |  |
 S. 3a Betriebsoptimierung nach Stromtarif mit Übermittelung von Strombedarfsprognose | Erstellung einer Strombedarfsprognose auf Grundlage von Preis-, Kältebedarfs- und Anlageninformationen. Übermittlung der Prognose innerhalb einer vereinbarten Frist an den Stromlieferanten. Fahrplanoptimierung nach Stromtarif bzw. Preissignal. |  | Die Strombedarfsprognose kann für Strombeschaffung und Bilanzierung genutzt werden. Abrechnung der Stromlieferung nach vereinbartem Stromtarif. Der Umgang mit Abweichungen vom Fahrplan und daraus entstehenden Kosten wird vertraglich geregelt. |  |
S.3b Betriebsoptimierung nach Strombedarfsprognosen | Erstellung einer Strombedarfsprognose auf Grundlage von Preis-, Kältebedarfs- und Anlageninformationen. Übermittlung der Prognose an den Stromlieferanten. Optimierung des Anlagenbetriebs mit dem Ziel, die übermittelte Strombedarfsprognose möglichst einzuhalten. |  | Die Strombedarfsprognose kann für Strombeschaffung und Bilanzierung genutzt werden. Abrechnung der Stromlieferung nach vereinbartem Stromtarif. Der Umgang mit Prognoseabweichungen und daraus entstehenden Kosten wird vertraglich geregelt. |  |
Technik & Software
Hier finden Sie praxisnahe Hilfestellungen und Checklisten rund um die Technik flexibler Kältesysteme. Grundlagen zur Anlagentechnik, zu technischen Voraussetzungen und zu Energiemanagementsystemen unterstützen Sie dabei, Ihre Kälteanlagen zielgerichtet zu planen und optimal für die Flexibilisierung vorzubereiten.
In diesem Bereich der Wissensplattform stehen die technischen und softwareseitigen Grundlagen einer flexiblen Kälteversorgung im Mittelpunkt. Sie erhalten einen strukturierten Überblick darüber, welche Komponenten, Systeme und digitalen Werkzeuge für einen flexiblen, wirtschaftlichen und sicheren Anlagenbetrieb relevant sind.
Von der Auswahl der Kältemaschinen über geeignete Speichertechnologien bis hin zu Energiemanagementsystemen und Messinfrastruktur finden Sie hier praxisnahe Orientierung und konkrete Entscheidungshilfen.
Anlagentechnik
Die Anlagentechnik bildet das technische Rückgrat einer flexiblen Kälteversorgung. In diesem Abschnitt wird aufgezeigt, wie sich unterschiedliche Kältemaschinentechnologien und Systemkonzepte hinsichtlich ihrer Flexibilitätseignung unterscheiden und welche technischen Eigenschaften dabei besonders relevant sind.
Ziel ist es, Ihnen eine Orientierung zu geben, worauf Sie bei der Auswahl, Auslegung und Kombination von Kälteerzeugern, Speichern und Verbrauchern achten sollten und welche Stellschrauben im Bestand genutzt werden können, um Flexibilitätsmaßnahmen technisch sinnvoll umzusetzen.
Dieser Bereich wird schrittweise erweitert.
Praxisnahe Entscheidungshilfen zu Kältemaschinentechnologien, Systemkonzepten und den technischen Voraussetzungen eines flexiblen Anlagenbetriebs werden derzeit im Projekt erarbeitet und fachlich geprüft. Die Ergebnisse werden fortlaufend auf dieser Wissensplattform ergänzt. Geplant sind unter anderem eine vergleichende Entscheidungsmatrix, eine Einordnung typischer Systemkonzepte und eine Checkliste für Planung, Bestand und Optimierung.
Speichertechnologien
Flexible Kälteversorgung setzt immer auch auf Speicher, sei es in Form dedizierter Kältespeicher oder durch die Nutzung vorhandener thermischer Massen. In diesem Abschnitt werden verschiedene Speichertechnologien systematisch vorgestellt und in Bezug auf Einsatzbereiche, Integrationsanforderungen und Grenzen beschrieben.
Ziel ist es, Ihnen eine Grundlage zu geben, mit der Sie beurteilen können, welche Speicherlösung zu Ihren räumlichen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen passt.
Im Folgenden werden die verschiedenen Speichertechnologien vorgestellt. Für jede Technologie wird zunächst das Funktionsprinzip beschrieben, anschließend ihre typischen Einsatzbereiche, die Anforderungen an die Systemintegration sowie wichtige Hinweise für Planung und Betrieb. Ergänzend erhalten Sie zentrale Dimensionierungskriterien und einfache Orientierungswerte, die eine erste grobe Abschätzung des Speicherpotenzials ermöglichen. So können Sie schnell einordnen, welche Speicherlösung grundsätzlich zu Ihrer Anwendung passen könnte.
Sensibler Kältespeicher
Speichert Kälte durch die Abkühlung eines Mediums, meist Wasser. Er ist kostengünstig, einfach aufgebaut und eignet sich zur Lastverschiebung über mehrere Stunden, benötigt jedoch vergleichsweise viel Platz.
- Große Energiemengen bei ausreichend Platz
- Günstige Lastverschiebung
- Flexible Kälteversorgung
- Retrofit-Projekte
- Hydraulische Einbindung ins Kaltwassersystem
- passende Speichergröße
- Ausreichende Volumenströme
- Pumpen- und Ventilkonzept
- Temperaturfühler
- Dämmung gegen Kondensat
- Regelung für Lade-/Entladebetrieb
- Ausreichender Platzbedarf im Technikraum erforderlich
- Speichergröße hängt stark von der nutzbaren Temperaturspreizung ab
- Gute thermische Schichtung im Speicher sicherstellen
- Speicher und Rohrleitungen gegen Kondensation dämmen
- Hydraulische Einbindung sorgfältig planen
- Druckverluste und Pumpenleistung berücksichtigen
- Lade- und Entladezeiten definieren
- Frostschutz bei sehr niedrigen Temperaturen prüfen
- Tragfähigkeit von Boden und Aufstellfläche beachten
- Wirtschaftlichkeit sinkt bei sehr begrenztem Platzangebot
- Zu verschiebende Kälteenergie (kWh)
- Kälteleistung (kW)
- Verschiebedauer (h)
- Nutzbare Temperaturspreizung (K)
- Verfügbarer Platz
17,5 kWh/m³ (bei 15K Spreizung)
Latentspeicher - PCM
Speichert Kälte über den Phasenwechsel eines Speichermaterials (PCM). Dadurch kann bei nahezu konstanter Temperatur deutlich mehr Energie auf kleinerem Raum gespeichert werden als in einem Wasserspeicher. Er eignet sich besonders für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot und hohen Kapazitätsanforderungen.
- Hydraulische Einbindung ins Kaltwassersystem
- Passender PCM-Schmelzpunkt
- Definierte Lade- und Entladetemperaturen
- Ausreichende Wärmeübertragung
- Sensorik
- Intelligente Regelung
- Anbindung an Gebäudeleittechnik / Energiemanagementsystem
- Hydraulische Einbindung ins Kaltwassersystem
- passende Speichergröße
- Ausreichende Volumenströme
- Pumpen- und Ventilkonzept
- Temperaturfühler
- Dämmung gegen Kondensat
- Regelung für Lade-/Entladebetrieb
- Passenden PCM-Schmelzpunkt für die Anwendung auswählen
- Vorlauf- und Rücklauftemperaturen müssen zum PCM passen
- Ausreichende Wärmeübertragungsfläche sicherstellen
- Lade- und Entladestrategie exakt definieren
- Temperaturbereich des PCM darf nicht dauerhaft überschritten werden
- Hydraulische Einbindung und Regelung sorgfältig abstimmen
- Höhere Investitionskosten als Wasserspeicher berücksichtigen
- Platzvorteil gegen Mehrkosten abwägen
- Sensorik und Temperaturüberwachung vorsehen
- Zu verschiebende Kälteenergie (kWh)
- Kälteleistung (kW)
- Verschiebedauer (h)
- Passender PCM-Schmelzpunkt
- Lade- und Entladeleistung
- Verfügbarer Platz
48,5 kWh/m³ (bei 15K Spreizung und PCM: ATS -6)
Latentspeicher - Eisspeicher
Speichert Kälte über den Phasenwechsel von Wasser zu Eis. Beim Gefrieren wird die sogenannte Schmelzwärme genutzt, wodurch deutlich mehr Energie gespeichert werden kann als bei einer reinen Temperaturänderung von Wasser. Eisspeicher eignen sich besonders für große Kältemengen und Anwendungen mit ausreichend Platz.
- Hohe Kälteenergiemengen
- Lastverschiebung über mehrere Stunden
- Nutzung günstiger Stromtarife oder PV-Überschüsse
- Anwendungen mit ausreichend Platzangebot
- Hydraulische Einbindung ins Kaltwassersystem
- Be- und Entladesystem (Wärmetauscher)
- Frostsichere Ausführung
- Sensorik
- Intelligente Regelung
- Anbindung an Gebäudeleittechnik / Energiemanagementsystem
- Ausreichendes Speichervolumen vorsehen
- Gleichmäßige Eisbildung und Eisschmelze sicherstellen
- Wärmeübertrager auf ausreichende Leistung auslegen
- Vereisung von Rohrleitungen vermeiden
- Lade- und Entladestrategie definieren
- Hydraulische Einbindung und Regelung sorgfältig abstimmen
- Höherer Platzbedarf als PCM-Speicher berücksichtigen
- Korrosionsschutz und Wasserqualität beachten
- Sensorik und Temperaturüberwachung vorsehen
- Zu verschiebende Kälteenergie (kWh)
- Kälteleistung (kW)
- Verschiebedauer (h)
- Lade- und Entladeleistung
- Verfügbarer Platz
- Zulässiger Vereisungsgrad
- 93 kWh/m³ nutzbare Speicherkapazität bei vollständigem Phasenwechsel Wasser ↔ Eis
- Entspricht etwa dem 5-fachen eines sensiblen Wasserspeichers bei 15 K Spreizung
- Realistisch nutzbar in der Praxis häufig 70–85 kWh/m³, abhängig vom zulässigen Vereisungsgrad und Wärmetauscherkonzept
Batteriespeicher
Speichert elektrische Energie und stellt diese bei Bedarf wieder zur Verfügung. Er ermöglicht eine schnelle Lastverschiebung, die Nutzung von PV-Überschüssen sowie die Reduzierung von Leistungsspitzen und eignet sich besonders für Anwendungen mit hoher elektrischer Flexibilität.
- Elektrische Lastverschiebung
- Netzstabilisierung
- PV-Eigenverbrauch
- Sehr schnelle Regelenergie
- Elektrische Einbindung über Wechselrichter
- Netzanschlussprüfung
- Schutztechnik
- Zählerkonzept
- Brandschutz
- Energiemanagementsystem
- Lade-/Entladestrategie
- PV- oder Kältemaschinenanbindung
- Netzanschlussleistung und Anschlussbedingungen prüfen
- Geeignete Wechselrichter und Schutztechnik vorsehen
- Brandschutzanforderungen berücksichtigen
- Ausreichende Be- und Entlüftung sicherstellen
- Lade- und Entladeleistung passend auslegen
- Energiemanagementsystem (EMS) einbinden
- Wirtschaftlichkeit anhand Strompreise und Lastspitzen bewerten
- Alterung und Kapazitätsverlust über die Lebensdauer berücksichtigen
- Notstrom- oder Inselbetrieb frühzeitig definieren
- Netzbetreiberanforderungen beachten
- Zu verschiebende elektrische Energie (kWh)
- Elektrische Leistung (kW)
- Verschiebedauer (h)
- Netzanschlussleistung
- Lade-/Entladeleistung
- Gewünschte Autonomiezeit
Ca. 150–400 kWh/m³ (inkl. Peripherie)
Inhärenter Speicher – Kühlgut als Speicher
Hierbei wird die thermische Masse der gelagerten Produkte genutzt, um Kälte zeitlich zu verschieben. Durch gezieltes Vor- oder Nachkühlen können Lastspitzen reduziert und günstige Strompreis- oder Erzeugungszeiten genutzt werden. Diese Lösung verursacht meist keine zusätzlichen Investitionen in separate Speicher.
- Kühlhäuser,
- TK-Lager
- Lebensmittelprodukte
- Logistikzentren mit Kühl- oder Tiefkühlbereichen
- Geeignete Kühlräume oder Lagerzonen
- Zulässige Temperaturbandbreiten des Produkts
- Temperaturüberwachung
- Regelstrategie für Vor- oder Nachkühlung
- Sicherstellung der Produktqualität
- Einbindung in Kälteanlagenregelung
- Dokumentation
- Zulässige Produkttemperaturen beachten
- Produktqualität und Haltbarkeit dürfen nicht beeinträchtigt werden
- Hygieneanforderungen einhalten
- Temperaturüberwachung des Kühlguts sicherstellen
- Vor- und Nachkühlstrategien definieren
- Ausreichende thermische Masse des Kühlguts vorhanden
- Lastverschiebung muss mit Lager- und Produktionsprozessen abgestimmt werden
- Unterschiedliche Produkte können unterschiedliche Temperaturgrenzen besitzen
- Personal und Betreiber müssen die Betriebsstrategie verstehen
- Verfügbare Flexibilität schwankt mit Lagerfüllstand und Warenumschlag
- Verfügbare Produktmasse
- Zulässige Temperaturbandbreite
- Spezifische Wärmekapazität des Produkts
- Verschiebedauer (h)
- Kühl- und Lagerstrategie
- Mindestanforderungen an Produktqualität und Lebensmittelsicherheit
Unterschiede zwischen dedizierten und inhärenten Speichern
Im Folgenden soll der Unterschied eines klassischen, baulich getrennten Speichers mit der inhärenten Speicherung und deren Auswirkung auf die Temperaturen im Prozess verdeutlich werden. Dies soll am Beispiel der Kühlung von Lebensmitteln in einem Kühlhaus erfolgen. Zur Vereinfachung sei angenommen, dass in dieser Kälteanwendung mit einer konstanten Kälteleistung die Temperatur des Kühlguts auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Die nachfolgende Abbildung zeigt die elektrische Bezugsleistung und Temperatur des Kühlguts.
Wird nun die elektrische Bezugsleistung in bestimmten Zeitfenstern erhöht oder verringert, z.B. aufgrund niedriger oder hoher Strompreise, treten je nach Speicherart unterschiedliche Effekte auf. Die nachfolgende Abbildung zeigt die variierte elektrische Bezugsleistung.
Ist ein dedizierter Kältespeicher vorhanden, so wird die erhöhte Kälteleistung der Kältemaschine dazu genutzt, dass in diesem Zeitfenster der Kältespeicher beladen wird. Im späteren Zeitfenster mit der verringerten Kälteleistung der Kältemaschine wird ein Teil der benötigten Kälteleistung aus dem Kältespeicher bereitgestellt. Die Temperatur des Kühlguts bleibt sowohl während des Beladens als auch des Entladens konstant. In der nachfolgenden Abbildung sehen Sie die elektrische Bezugsleistung und Temperatur des Kühlguts für dedizierte Kältespeicher.
Im Szenario ohne Kältespeicher wird die erhöhte Kälteleistung dazu genutzt, um die Temperatur des Kühlguts abzusenken und dadurch zusätzliche Kälte einzuspeichern. Wird zu einem späteren Zeitpunkt die Kälteleistung verringert, erhöht sich die Temperatur im Kühlgut wieder, die Kälte wird so ausgespeichert. Wie sich die elektrische Bezugsleistung und Temperatur des Kühlguts für inhärente Speicherung verhält, sehen Sie in der nachfolgenden Abbildung.
Die Vorteile eines dedizierten Kältespeichers liegen vor allem darin, dass die Temperatur im Prozess konstant gehalten werden kann und damit weniger Eingriffe in den eigentlichen Kühlprozess erforderlich sind. Dem stehen ein zusätzlicher Platzbedarf, höhere Investitionskosten und eine mitunter aufwändige Einbindung in das System gegenüber.
Die inhärente Speicherung kommt hingegen ohne separaten Speicher aus und benötigt daher keinen zusätzlichen Aufstellraum. Sie setzt jedoch voraus, dass der Prozess bzw. das Kühlgut zulässige Temperaturänderungen ohne Qualitätsverluste toleriert. Eine besondere Herausforderung ist dabei häufig die zuverlässige Bestimmung der tatsächlich nutzbaren thermischen Masse und damit des realen Speicherpotenzials.
Eigenschaften unterschiedlicher Speichertechnologien
Auf Basis der zuvor beschriebenen Speichertechnologien, zeigt die folgende Übersicht deren Eigenschaften im direkten Vergleich.
Anhand zentraler Kriterien wie Speicherdichte, Platzbedarf, Investitions- und Betriebskosten, Reaktionsgeschwindigkeit oder Komplexität können Sie schnell erkennen, welche Optionen für Ihre Anwendung in die engere Auswahl kommen.
| Eigenschaften | Sensibler Speicher | Latentspeicher | Batteriespeicher | Kühlgut als Speicher |
|---|---|---|---|---|
| Speicherdichte | gering bis mittel | Hoch | sehr hoch | niedrig bis hoch (abhängig von Produkt und möglichem Temperaturhub) |
| Platzbedarf | hoch | gering bis mittel | sehr gering | sehr gering (kein zusätzlicher Speicher erforderlich) |
| Investitionskosten | niedrig | mittel bis hoch | hoch | sehr gering |
| Betriebskosten | gering | gering | mittel | sehr gering |
| Verschiebedauer | Stunden bis wenige Tage | Stunden bis wenige Tage | Minuten bis wenige Stunden | Stunden bis wenige Tage |
| Leistungsabgabe | mittel | mittel-gering | sehr hoch | gering |
| Reaktionsgeschwindigkeit | träge | träge | sehr schnell | träge |
| Wirkungsgrad | sehr hoch | sehr hoch | hoch | sehr hoch |
| Komplexität | gering | mittel | mittel bis hoch | gering bis mittel |
| Wartungsaufwand | gering | gering | mittel | sehr gering |
| Skalierbarkeit | gut | gut | gut | abhängig von der gelagerten Produktmenge |
| Typische Medien | Wasser/Glykol | PCM + Wasser/Glykol | Bspw. Lithium-Ionen | Lebensmittel, Getränke, TK-Ware, Kühlgut, Kühlräume |
Die reine Technologiebetrachtung ist nur der erste Schritt. In der Praxis entscheidet der konkrete Anwendungsfall darüber, welche Speicherlösung sinnvoll und wirtschaftlich ist.
Die nachfolgende Zuordnung typischer Anwendungen zeigt exemplarisch, welche Speichertechnologien sich unter welchen Anforderungen bewährt haben und wo eher Grenzen bestehen. Die in der Tabelle dargestellten Lastprofile sind nur exemplarische Profile, welche je nach Anwendung ebenfalls variieren können. In Anwendungen mit ausgeprägten Lastspitzen sollte ein Batteriespeicher idealerweise nie ohne begleitenden thermischen Speicher eingesetzt werden, da die Kälteanlage auf jede einzelne Spitze ausgelegt werden müsste, was zu überdimensionierten Leistungen und höheren Investitionskosten führen kann. Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher in vielen Fällen die Kombination aus Batterie- und thermischem Speicher vorteilhaft.
| Anwendung | Anforderungen an den Speicher | Besonders geeignet | Eher ungeeignet | Begründung | |
|---|---|---|---|---|---|
 | Bürogebäude | Lastverschiebung über einige Stunden, begrenzte Technikfläche, geringe Investitionskosten | PCM-Latentspeicher, kompakter sensibler Speicher, Kombination mit Batterie | großer sensibler Speicher, Eisspeicher | Platzersparnis PCM ermöglicht hohe Speicherdichte bei geringem Platzbedarf und frei wählbare Speichertemperaturen; Batterie erhöht die elektrische Flexibilität |
 | Rechenzentrum | Hohe Betriebssicherheit, hohe Leistungsdichte, Kurzzeitspeicherung (< 30 min), hohe Zyklenfestigkeit | PCM-Latentspeicher, Kombination mit Batterie | einfacher sensibler Speicher allein, Eisspeicher, Batterie als alleinige Lösung | Reaktionsgeschwindigkeit und Leistungsdichte Hohe Leistungsabgabe bei Lastspitzen und schnelle Reaktion auf Last und Strompreisschwankungen sind entscheidend; PCM stabilisiert das Temperaturniveau, die Batterie gleicht elektrische Schwankungen aus |
 | Supermarkt | Hohe Betriebssicherheit, Speicherung über mehrere Stunden, hohe Zyklenfestigkeit | PCM-Latentspeicher, sensibler Speicher, jeweils in Kombination mit Batterie | Eisspeicher, Batterie als alleinige Lösung | Konstante Temperaturführung Kühlmöbel erfordern eine sehr konstante Temperatur bei begrenztem Platz; PCM arbeitet ideal im konstanten Temperaturbereich der Kühlung und erreicht hohe Speicherdichten |
 | Industrieprozesskühlung | Hohe Speicherkapazität, Speicherung über mehrere Stunden, Geringe Investitionskosten | PCM-Latentspeicher, sensibler Speicher, jeweils in Kombination mit Batterie | Eisspeicher, Batterie als alleinige Lösung | Wirtschaftlichkeit bei großen Energiemengen Große Kältemengen können mit thermischen Speichern kostengünstig bereitgestellt werden; PCM ist bei weitgehend konstantem Bedarf und ggf. nutzbarer Prozessabwärme besonders stabil |
| Hotel | Geringer Platzbedarf, Speicherung über mehrere Stunden, Kostensensible Investitionen | PCM-Latentspeicher, kompakter sensibler Speicher, jeweils Kombination mit Batterie | Großer sensibler Speicher, Eisspeicher, Batterie als alleinige Lösung | Platzersparnis im Bestand PCM ermöglicht hohe Speicherdichte bei wenig Platz und eine zur Klima /Kältetechnik passende Speichertemperatur; die Batterie ergänzt zur Nutzung dynamischer Stromtarife |
| Gewerbegebäude | Geringer Platzbedarf, hohe Speicherdichte | PCM-Latentspeicher, kompakter sensibler Speicher, jeweils Kombination mit Batterie | großer sensibler Speicher, Eisspeicher, Batterie als alleinige Lösung | Platzbedarf In vielen Gewerbebauten ist Fläche knapp, PCM nutzt den konstanten Temperaturbereich der Klimatisierung effizient, die Batterie bringt zusätzliche elektrische Flexibilität |
| Betrieb mit kurzen Lastspitzen | Hohe Leistungsdichte, Kurzzeitspeicherung (< 30 min), hohe Betriebssicherheit | Latentspeicher, Batterie | Sensibler Speicher, Batterie als alleinige Lösung | Schnelle Reaktionszeit Für sehr kurze Lastspitzen ist eine hohe Dynamik notwendig: Latentspeicher (PCM oder Eis, je nach Temperaturniveau) puffern thermische Spitzen, die Batterie reagiert schnell auf elektrische Lastsprünge |
| Fernkälte/Quartiere | Hohe Speicherkapazität, geringe Investitionskosten, lange Speicherzeiten | Latentspeicher, Sensibler Speicher | Batterie | Skalierung und Wirtschaftlichkeit In Netzen stehen häufig ausreichend Flächen zur Verfügung, thermische Speicher sind pro kWh Kapazität meist deutlich günstiger als Batterien und sehr gut skalierbar |
|  | Hohe Speicherkapazität, Speicherung über mehrere Stunden bis Tage, geringe Investitionskosten | Inhärent (Kühlgut), Latentspeicher, in Kombination mit Batterie | Sensibler Speicher, Batterie als alleinige Lösung | Thermische Masse Die eingelagerten Waren besitzen eine hohe thermische Masse und ermöglichen Lastverschiebung, reagieren aber träge, die Batterie sorgt für elektrische Flexibilität |
| Kühlhaus/Tiefkühllager | Speicherung über mehrere Stunden bis Tage, geringe Investitionskosten | Inhärent (Kühlgut), Latentspeicher | Batterie, große sensible Speicher | Temperaturschwankungen Getränke tolerieren oft gewisse Temperaturschwankungen und eignen sich gut zur Vor- und Nachkühlung, Platz als limitierender Faktor |
| Getränkelager | Hohe Betriebssicherheit, Hohe Leistungsdichte, Kurzzeitspeicherung (< 30 min) | Inhärent (Kühlgut), Latentspeicher, kompakter sensibler Speicher | Großer sensibler Speicher, Batterie als alleinige Lösung | Lastdynamik und Produktschutz Produkte und Zwischenlager können als thermischer Speicher dienen, gleichzeitig müssen schnelle Lastwechsel beherrscht und Produkttemperaturen zuverlässig eingehalten werden; Latent und kompakte sensible Speicher unterstützen dies, Batterien gleichen elektrische Spitzen aus |
| Lebensmittelproduktion | Hohe Speicherkapazität, Speicherung über mehrere Stunden bis Tage, Hohe Betriebssicherheit | Inhärent (Kühlgut), Latentspeicher, kompakter sensibler Speicher | Großer sensibler Speicher, Batterie als alleinige Lösung | Thermische Masse Die große Menge an gekühlter Ware bietet ein erhebliches Speicherpotenzial, während externe Speicher Spitzenlasten zusätzlich abdecken kann; Batterie als alleinige Lösung ungeeignet, da einzelne Lastschwankungen in Abhängigkeit der Einlagerung entstehen können, welche durch thermische Speicher ausgeglichen werden müssen; Platz als limitierender Faktor |
Energiemanagementsystem und Smart Metering
Sind Speichertechnologien ausgewählt und sinnvoll integriert, stellt sich die Frage, wie diese technische Flexibilität im Alltag erkannt, überwacht und automatisch genutzt werden kann. Hier kommen Energiemanagementsysteme (EMS) und Smart Metering Konzepte ins Spiel.
Technische Flexibilität kann nur dann gezielt genutzt werden, wenn Anlagenzustände transparent sind und automatisiert angesteuert werden können. Hier setzen EMS und eine geeignete Smart Metering Infrastruktur an. In diesem Abschnitt wird beschrieben, welche Rolle EMS und Messkonzepte für die Flexibilisierung von Kälteanlagen auf dieser Plattform spielen.
Sie erfahren, welche Messstellen, Sensoren und Schnittstellen in der Praxis besonders relevant sind, welche Steuer- und Regelungsparameter für eine flexible Fahrweise berücksichtigt werden sollten und welche technischen Voraussetzungen für eine Teilnahme an Strommärkten typischerweise erfüllt sein müssen. Checklisten unterstützen Sie dabei, den Ist-Zustand in Ihrem Betrieb systematisch zu erfassen und mögliche nächste Schritte abzuleiten.
Bevor konkrete Mess- und Steuerungsanforderungen betrachtet werden, werden zunächst die Grundlagen von EMS erläutert: Welche Aufgaben ein EMS übernimmt, wie es den Anlagenbetrieb unterstützt und welchen Nutzen es im Kontext einer flexiblen Kälteversorgung bietet.
Im Kern ist ein Energiemanagementsystem (EMS) die intelligente Schaltzentrale einer Kälte- oder Wärmeversorgungsanlage. Es erfasst kontinuierlich, wie viel Kälte oder Wärme benötigt wird, wie die einzelnen Anlagenkomponenten arbeiten und wie hoch der aktuelle Energieverbrauch ist. Anders als eine reine Verbrauchserfassung beobachtet ein EMS den Betrieb jedoch nicht nur: Es kann optimierte Fahrpläne berechnen und aktiv vorgeben, wann beispielsweise eine Kältemaschine, eine Wärmepumpe oder ein Speicher eingesetzt werden soll.
Dafür führt das EMS unterschiedliche Informationen zusammen. Hierzu gehören Messwerte aus der Anlage, der aktuelle und erwartete Kälte- oder Wärmebedarf, die Verfügbarkeit der Erzeuger, der Ladezustand von Speichern sowie Strompreise und die Eigenerzeugung einer Photovoltaikanlage. Auf dieser Grundlage analysiert das System den Anlagenbetrieb, erkennt ungünstige Betriebszustände und plant den Einsatz der Komponenten vorausschauend. Die berechneten Vorgaben werden anschließend an die Anlagensteuerung übermittelt. Gleichzeitig überwacht das EMS, ob die Anlage wie geplant arbeitet, und passt den Fahrplan bei veränderten Bedingungen an.
Besonders wertvoll ist ein EMS, wenn Kälte oder Wärme zwischengespeichert werden kann. Durch Speicher müssen Erzeugung und Verbrauch nicht mehr zu jedem Zeitpunkt exakt übereinstimmen. Eine Kältemaschine kann beispielsweise dann betrieben werden, wenn Strom günstig ist oder viel Solarstrom zur Verfügung steht. Der gespeicherte Kältevorrat deckt anschließend den Bedarf, ohne dass die Maschine gleichzeitig laufen muss.
Ein EMS hilft, Energiekosten zu senken, elektrische Lastspitzen zu vermeiden und die Ausnutzung vorhandener Anlagen effizienter zu gestalten, ohne die Versorgungssicherheit oder die erforderlichen Temperaturen zu gefährden. Planer können Erzeuger, Speicher und erneuerbare Energien zudem als Gesamtsystem betrachten und besser aufeinander abstimmen. Das EMS ist somit ein praktisches Werkzeug für den täglichen Anlagenbetrieb und eine Schlüsseltechnologie, um Kälte- und Wärmeversorgung flexibel, effizient und zukunftsfähig zu gestalten.
Damit ein Energiemanagementsystem Flexibilität erkennen und nutzen kann, benötigt es eine verlässliche Datenbasis. Entscheidend sind dabei passende Messstellen, geeignete Zähler und Sensoren sowie eine strukturierte Erfassung und Übertragung der Messdaten.
Dieser Bereich wird schrittweise erweitert.
Die konkreten Anforderungen an Messinfrastruktur, Datenschnittstellen sowie Steuerungs- und Regelungsparameter werden im weiteren Projektverlauf erarbeitet und praxisnah aufbereitet. Die Ergebnisse werden schrittweise in diese Wissensplattform integriert.
So entsteht eine anwendungsorientierte Übersicht, mit der Betreiber und Planer den technischen Ausgangszustand einer Anlage bewerten, Handlungsbedarf erkennen und die nächsten Schritte zur Flexibilisierung ableiten können. Geplant sind unter anderem Checklisten zu erforderlichen Messstellen, zur Datenverfügbarkeit, zur Steuerbarkeit der Anlagenkomponenten und zu den technischen Voraussetzungen für eine automatisierte Betriebsoptimierung.
Leitfäden & Best Practice
Hier erhalten Sie Einblicke in erprobte Praxisbeispiele und Ergebnisse aus dem Projektumfeld. Vorgestellt werden die Demonstratoren des Projekts, Vorträge aus der Veranstaltungsreihe „»FlexBlue.Connect“ sowie die im Rahmen des Projekts entstandenen wissenschaftlichen Arbeiten und Veröffentlichungen. Ergänzende Projektbeispiele und Leitfäden zeigen, wie flexible Kältesysteme erfolgreich umgesetzt werden können.
Vorstellung Demonstratoren
Der auf dem Institutsgelände des IAI (Institut für Automation und angewandte Informatik) errichtete Demonstrator kombiniert Photovoltaik, Batteriespeicher und Kompressionskältemaschine mit einem aktiv steuerbaren Kältepufferspeicher mit Phasenwechselmaterialien, welche die thermische Speicherkapazität deutlich erhöhen.
Der FlexBlue-Demonstrator bei der RÜTGERS Kälte Wärme GmbH & Co. KG bildet eine praxisnahe Wärmeversorgungszentrale ab, in der unterschiedliche Wärmeerzeuger, Speicher und Verbraucherkreise miteinander kombiniert werden. Zur Wärmeerzeugung stehen ein Blockheizkraftwerk, ein Spitzenlastkessel, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sowie eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe zur Verfügung, die als Booster für höhere Temperaturniveaus eingesetzt wird. Der Zortström-Schichtenspeicher bildet das hydraulische Bindeglied zwischen Erzeugung und Verbrauch und stellt Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereit.
Ergänzt wird die Anlage durch einen PCM-Latentwärmespeicher, der überschüssige thermische Energie aufnimmt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder bereitstellt. Dadurch lassen sich Wärmebereitstellung und Wärmebedarf zeitlich voneinander entkoppeln. Bei hoher PV-Stromerzeugung kann überschüssige elektrische Energie beispielsweise zum Betrieb der Wärmepumpen genutzt werden. Die dabei erzeugte Wärme wird im PCM-Speicher zwischengespeichert und bedarfsgerecht zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegeben.
Ein KI-Modell des FZI optimiert die Betriebsweise der Anlage täglich und stimmt Erzeugung, Speicherung und Verbrauch aufeinander ab. So können unterschiedliche Betriebsstrategien und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten unter realitätsnahen Bedingungen untersucht und bewertet werden.
Best Practices aus FlexBlue.Connect
Im Rahmen der Veranstaltungsreihe FlexBlue.Connect haben zahlreiche Unternehmen und Fachplanende ihre Lösungen zur flexiblen Kälteversorgung vorgestellt.
„Durch die Kombination aus PCM-Latentspeicher
und intelligenter Einbindung der Kälteanlage konnte die
Kälteversorgung so flexibilisiert werden, dass 100% der entstehenden Abwärme für die Prozesse der Käserei genutzt werden konnten.“
Sebastian Wolf, PGH
Käserei
Prozesskälte, Kühllager und Raumklimatisierung
Art des Speichers: Latent – PCM
Art der Kälteanlage: KKM (Scrollverdichter)
Ansprechpartner: Sebastian Wolf, PGH
Flexibilitätsziele:
Effizienzsteigerung der Kälteversorgung und Einbindung erneuerbarer Energien
„Durch den PCM-Kältespeicher kann die Kälteerzeugung zeitlich vom Kältebedarf entkoppelt werden.
Dadurch werden PV-Strom optimal genutzt, Betriebskosten gesenkt und die anfallende Abwärme effizient rückgewonnen.“
Klaus Rauch, kraftBoxx
Geflügelschlachterei
Kühllager
Art des Speichers: Latent – PCM
Art der Kälteanlage: KKM
Ansprechpartner: Klaus Rauch, kraftBoxx
Flexibilitätsziele:
„Der PCM-Speicher puffert kurzzeitig hohe Kühllasten durch Besucherströme, reduziert die erforderliche Kälteleistung und senkt dadurch Investitions- und Betriebskosten.“
Klaus Rauch, kraftBoxx
Veranstaltungscenter
Raumklimatisierung
Art des Speichers: Latent – PCM
Art der Kälteanlage: KKM
Ansprechpartner: Klaus Rauch, kraftBoxx
Flexibilitätsziele:
„Der PCM-Speicher verschiebt die Kälteerzeugung in wirtschaftlich günstige Zeiträume, reduziert Lastspitzen
und erhöht die Nutzung selbst erzeugten PV-Stroms.“
Klaus Rauch, kraftBoxx
Supermarkt-Warenlager
Kühllager
Art des Speichers: Latent – PCM
Art der Kälteanlage: KKM
Ansprechpartner: Klaus Rauch, kraftBoxx
Flexibilitätsziele:
„Durch die modellprädiktive Regelung wird der Supermarkt als thermische Batterie genutzt und kann über Lastverschiebung auf dynamische Strompreise reagieren. Dies erhöht die Nutzung erneuerbarer Energien und kann bis zu 12 % der Stromkosten für die Kühlung einsparen.“
Patrick Henkel, RWTH Aachen
Supermarkt
Nutzung der thermischen Masse der Waren
Flexibilitätsziele:
„Die Kombination aus Kälteanlage und Latentwärmespeicher schafft die notwendige Flexibilität, um Kälte bedarfsgerecht bereitzustellen und die Strombeschaffung für Gebäudeklimatisierung und Prozesskühlung wirtschaftlich zu optimieren.“
Tim Jungnitz, ONI-Wärmetrafo GmbH
Kunststoffspritzerei
Raumklimatisierung
Art des Speichers: Latent – Eisspeicher
Art der Kälteanlage: Luftgekühlte Durchlaufkühler mit
Scrollverdichtern (KKM)
Ansprechpartner: Tim Jungnitz, ONI-Wärmetrafo GmbH
Flexibilitätsziele:
Hinweis: Für diese Anwendung liegt ein fertig
konzipiertes Anlagendesign vor, das noch nicht
vollständig realisiert ist.
„Einen erheblichen Mehrwert konnten wir in diesem Projekt durch die intelligente Steuerung der 2 BHKW in Verbindung mit der Absorbtionskältemaschine erreichen. Auf diese Komponente betrachtet konnten Einsparungen von über 50% erreicht werden.“
Dyke Wilke, fleXality
Fleischverarbeitung / Dönerproduktion
Lagerkälte
Art des Speichers: Inhärente Speicherung durch
Nutzung der thermischen Kapazität
Art der Kälteanlage: AKM + BHKW + KKM
(Schraubenverdichter); KKM (Schraubenverdichter)
Ansprechpartner: Dyke Wilke, fleXality
Flexibilitätsziele:
Quellen & Weitere Informationen
Die Steckbriefe geben einen praxisnahen Eindruck davon, in welchen Bereichen flexible Kälteversorgung heute bereits eine Rolle spielt. Flankierend dazu bilden Veröffentlichungen, Fachartikel, Konferenzbeiträge und Poster die wissenschaftliche Säule von FlexBlue. Sie dokumentieren Methoden, Ergebnisse und Erfahrungen aus dem Projekt und bieten vertiefende methodische und wissenschaftliche Einblicke in das Thema flexible Kälteversorgung. Folgende Beiträge sind im Rahmen des Projektes entstanden:
| Titel | Autor:innen | Jahr | Quelle / Konferenz | Link |
|---|---|---|---|---|
| A Structured Stakeholder and Interface Network for the Flexibilisation Value Chain of Cooling Systems (Ort: Gran Canaria, Spanien) | Stöckl, M.; Laband, D. L.; Mittreiter, A.; Holzhammer, U. | 2026 | 21st Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems (SDEWES) | — |
| Carbon-Aware Cooling Demand Optimization of Cold Storage Warehouses Utilizing Inherent Thermal Storage (Verlag: ACM) | Stöckl, M.; Pruckner, M.; Holzhammer, U. | 2026 | 17th ACM International Conference on Future and Sustainable Energy Systems (E-Energy ’26) | DOI |
| Barrier Analysis of Flexibilization of Cooling Supply Systems (Band 18, Heft 15, Artikel-Nr. 4133) | Laband, D. L.; Stöckl, M.; Mittreiter, A.; Holzhammer, U. | 2025 | Energies | DOI |
| Design and Economic Analysis of an Actively Controlled PCM Cold Thermal Energy Storage Demonstrator (S. 1–6, Verlag: IEEE) | Noskiewicz, M.; Maaß, H.; Kühnapfel, U.; Hagenmeyer, V. | 2025 | 5th International Conference on Smart Grid Metrology (SMAGRIMET) | DOI |
| PCM-Speicher für Kälte- und Luft-Anwendung: Herausforderungen, Lösungen, Zukunftsaussichten (Heft 1, S. 52–53) | Rauch, K. | 2025 | KlimaJournal | — |
| Open energy services: forecasting and optimization as a service for energy management applications at scale (Band 6) | Wölfle, D.; Förderer, K.; Riedel, T.; Fernengel, N.; Landwich, L.; Mikut, R.; Hagenmeyer, V.; Schmeck, H. | 2025 | Data-Centric Engineering | DOI |
| Forecasting and Optimization as a Service for Energy Management Applications with the Energy Service Generics Framework (Band 4, Heft 4, S. 252–255) | Wölfle, D.; Schmeck, H. | 2025 | ACM SIGEnergy Energy Informatics Review | DOI |
| Datum | Autor:innen | Titel | Institution / Format / Veranstalter | Veranstaltung | Ort |
|---|---|---|---|---|---|
| 12.06.2026 | Leyrer, T.; Wölfle, D. | Optimierung mit Köpfchen: Niedrigere Kosten und robusterer Betrieb von Kälte- und Wärmeerzeugung mit thermischen Speichern und KI | Veranstalter: Rütgers GmbH & Co. KG | Rütgers-Infotag | Sasbachwalden |
| 05.05.2026 | Holzhammer, U. | Flexibilisierung von Kälteprozessen: vom Reagieren zum aktiven Gestalten | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Den Wandel mitgestalten – Kälteprozesse strategisch steuern“ | Oberhausen |
| 16.03.2026 | Wölfle, D.; Schneider, A. | Energiemanagement mit KI: Potenziale zur Steigerung von Kosten- und Energieeffizienz | MDZ Ilmenau; KI-HUB Sachsen-Thüringen | KI-Frühling 2026 | Ilmenau |
| 20.11.2025 | Berg, S.; Rauch, K. | FlexBlue – Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen | Poster | 17. Projekttreffen Energiewendebauen „Energieflexible Gebäude und Quartiere“ | Darmstadt |
| 29.09.2025 | Anduschus, K. | Das SKVE Flex-Raum-Konzept für Erzeuger und Verbraucher | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Geschäftsmodelle und Steuerungsvarianten für die Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen“ | Oberhausen |
| 29.09.2025 | Berg, S. | Geschäftsmodelle zwischen Stromhändler und Anlagenbetreiber – Übersicht und Einordnung | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Geschäftsmodelle und Steuerungsvarianten für die Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen“ | Oberhausen |
| 29.09.2025 | Wölfle, D.; Schneider, A. | Optimierung mit Köpfchen: Niedrigere Kosten und robusterer Betrieb von Kälte- und Wärmeerzeugung mit thermischen Speichern und KI | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Geschäftsmodelle und Steuerungsvarianten für die Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen“ | Oberhausen |
| 14.05.2025 | Mittreiter, A. | FlexBlue – Flexible Kälteversorgungssysteme vor dem Hintergrund zunehmender Dekarbonisierung | — | EnBW Netzwerk Energie & Klima Fachthementreffen „Elektro-Energie-Speicher“ | Stuttgart |
| 14.05.2025 | Rauch, K. | Thermische Elektro-Energie-Speicher: PCM-Speicher für Kälte und Wärme, Praxis, Stand der Technik, Zukunft | — | EnBW Netzwerk Energie & Klima Fachthementreffen „Elektro-Energie-Speicher“ | Stuttgart |
| 08.05.2025 | Leyrer, T. | Einblicke in den Flex-Blue-Demonstrator: Adsorptions- und Kompressionskältemaschine, Blockheizkraftwerk, Booster-Wärmepumpe, Kältespeicher, aktiv steuerbarer Wärmespeicher, Wärmeverteiler | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen mit aktiv steuerbaren Kälte- und Wärmespeichern“ | Oberhausen |
| 08.05.2025 | Maaß, H. | Einblicke in den FlexBlue-Demonstrator: Kompressionskältemaschine, aktiv gesteuerter Kältespeicher, Photovoltaik, Batteriespeicher | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen mit aktiv steuerbaren Kälte- und Wärmespeichern“ | Oberhausen |
| 07.05.2025 | Rauch, K.; Wolf, S. | Latentspeicher zur Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen | — | Kältetag IGT Markt Schwaben für Planer und Anlagenbauer | Markt Schwaben |
| 17.03.2025 | Rütgers GmbH & Co. KG | FlexBlue – Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen | Poster | ISH Frankfurt | Frankfurt |
| 25.02.2025 | Stöckl, M. | Von der Kälte zur Flexibilität: Eine Übersicht der beteiligten Akteure und ihrer Rolle in der Wertschöpfungskette | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Kälteversorgungsanlagen erfolgreich flexibilisieren“ | Oberhausen |
| 25.02.2025 | Rauch, K. | Latentspeicher zur Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Kälteversorgungsanlagen erfolgreich flexibilisieren“ | Oberhausen |
| 17.09.2024 | Mittreiter, A. | Forschungsprojekt »FlexBlue«: Flexible Kälteversorgungssysteme vor dem Hintergrund zunehmender Dekarbonisierung – Projektziele und Inhalte | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen“ | Oberhausen |
| 17.09.2024 | Stöckl, M. | Ergebnisse der Akteurs- und Hemmnisanalyse im Rahmen von »FlexBlue« | Fraunhofer UMSICHT | FlexBlue.Connect: „Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen“ | Oberhausen |
| 10.04.2024 | Stöckl, M.; Maaß, H.; Wölfle, D.; Laband, D.; Holzhammer, U.; Mittreiter, A. | FlexBlue – Flexible Kälteversorgungssysteme vor dem Hintergrund zunehmender Dekarbonisierung | Poster | 15. Projekttreffen Energiewendebauen „Optimierte Lüftung und Wärmeversorgung von Nichtwohngebäuden“ | Kassel |