Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe, Arbeitsgruppe Elektrische Anlagen
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SmartCityGrid: CoOpt - Koordinierte Optimierung von erneuerbarer Energie in Netz und Gebäude bei Planung und Betrieb

Synopsis

Problemstellung: Untersuchungen zeigen, dass in einem urbanen Stadtteil eine 100% Gesamtdeckung des elektrischen Energiebedarfs und sogar Überschussproduktion durch den Einsatz erneuerbarer aber fluktuierender Energieerzeuger (z.B. durch Photovoltaik) prinzipiell möglich ist. Das bestehende urbane elektrische Energiesystem kann aber aufgrund technischer Grenzen wie Netzengpässe durch Erzeugungsspitzen, Spannungserhöhung, etc. eine Beschränkung des Zuwachses darstellen. Ohne geeignete Maßnahmen einer aktiven Integration ist nur ein Bruchteil des theoretisch-maximalen Erzeugungspotentials umsetzbar. Um ein globales Optimum im Sinne der Direktnutzung von erneuerbarer Energie und der Energieeffizienz zu erreichen, dürfen nicht nur einzelne Gebäude alleine betrachtet werden, sondern es muss das elektrische Verteilnetze inklusive der Gebäude optimiert werden. Dies erfordert ein gesamtsystemisches Energiemanagement auf Gebäude- und Verteilnetzebene.

Methodik: Es werden optimierte Regelstrategien entwickelt, welche vorausschauendes Reagieren erlauben. Dafür haben sich modelbasierte prädiktive Regelungen (MPC) bereits in industriellen Anwendungen bewährt (z.B. Kraftwerkstechnik). Durch die prädiktive Eigenschaft des Reglers kann auf zukünftige Veränderungen optimal reagiert werden. Dazu sind genaue Modelle und Vorhersagen, etwa von Energiebedarf und -erzeugung, Wetterentwicklung oder Benutzerverhalten essentiell. Um eine systemglobale Optimierung realisieren zu können werden hierarchische Regelungskonzepte entwickelt. Die Optimierungsmethoden werden anhand zweier realer Gebäude in Verbindung mit einem simulierten Stadtgebiet und Verteilnetz validiert.

Ziel: Durch eine optimale Nutzung und Einbindung thermischer und elektrischer Speicher sowie passiver Speichermassen (Gebäude) in das urbane Energiemanagement, wird es gelingen, die lokal erzeugte erneuerbare Energie optimal im Sinne von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit systemübergreifend in den Gebäudebetrieb und in den Netzbetrieb zu integrieren.

Ergebnisse: Wesentliche Projektziele stellen eine Quantifizierung der Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit (Klimabilanz) dar. Weiters werden ein holistischer Methodenansatz, Strategien und Simulationswerkzeuge für die für eine gesamtsystemische, koordinierte Optimierung erarbeitet (z.B. Reduktion von Stromspitzen durch Kühlung zu Hochlastzeiten, Effizienzsteigerung gegenüber Normalbetrieb und gegenüber Einzeloptimierung, etc.).

Erkenntnisse: SmartCityGrid:CoOpt wird zeigen, dass eine Optimierung mittels modelbasierter prädiktiver Regelung mit Vorhersagen eine wesentliche Verbesserung gegenüber bestehenden Betriebsführungen von Gebäude und Verteilnetzen in einem urbanen Stadtteil bringt und Potentiale zur Effizienzsteigerung darlegt. Die Optimierung der Betriebsführung – und die damit einhergehende nachhaltige Planung – von urbanen elektrischen Energiesystemen inklusive Gebäuden werden somit möglich. Die koordinierte Optimierung von Erzeuger und Verbraucher auf der einen Seite und Gebäude und Netz auf der anderen ist die Grundlage für eine energetisch nachhaltige Stadtentwicklung, einer zukünftigen Smart City.

Projektkonsortium

  • AIT - Austrian Institute of Technology, Energy Department
  • Automation X
  • Technikum Wien GmbH - Institut für Enerneuerbare Energie
  • HAKOM - EDV-Dienstleistungs GmbH
  • TU Wien - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
  • TU Wien - Institut für Energietechnik und Thermodynamik
  • TU Wien - Institut für Mechanik und Mechatronik
  • Wien Energie Stromnetz

Publikationen:

Paper: Der Nutzen von aktiven Bürogebäuden für Mittelspannugnsnetze - Vorstellung des Projektes "SmartCityGrid:CoOpt", IEWT, 2013 Wien

Kontakt:

Markus Heimberger

Michael Chochole

Franz Zeilinger

 

 

 

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „NEUE ENERGIEN 2020“ durchgeführt.