Foto: Frontansicht des Passivhauskindergartens Ziersdorf

ÖKO-OPT-QUART - Ökonomisch optimiertes Regelungs- und Betriebsverhalten komplexer Energieverbünde zukünftiger Stadtquartiere

Im Projekt ÖKO-OPT-QUART werden energietechnische, ökonomische und regelungstechnische Modelle zur Simulation der Betriebsführung komplexer, nachhaltiger Energieverbünde für Stadtquartiere entwickelt. Diese Modelle werden danach für eine Beispielkonfiguration zu einem umfassenden Gesamtmodell kombiniert und erlauben einen realistischen ökonomischen Vergleich verschiedener Regelungsstrategien. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Methode zur systematischen Erstellung kostenoptimierender, vorausschauender Regelungsstrategien für komplexe Energieverbünde in Stadtquartieren.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

In zukünftigen Stadtquartieren wird zunehmend auf die gezielte Kombination verschiedener, nach Möglichkeit erneuerbarer Energiequellen gesetzt. Die daraus entstehenden Energieverbünde werden aber zunehmend komplexer.

Diese zunehmende Komplexität resultiert dabei im Wesentlichen aus der Abhängigkeit der regenerativen Energiebereitstellung von nicht beeinflussbaren, variierenden Umweltweinflüssen wie Wind und Sonne, der zunehmenden Dezentralisierung und dem steigenden Effizienzdruck.

Die derzeit eingesetzten steuerungs- und regelungstechnischen Methoden sind jedoch nicht in der Lage derartig komplexe Systeme effizient und zuverlässig zu betreiben. Für die Entwicklung geeigneter Regelungsstrategien zur Sicherstellung eines robusten und effizienten Betriebsverhaltens komplexer Energiesysteme von Stadtquartieren werden zeitlich und räumlich hochgradig aufgelöste instationäre Simulationsmodelle benötigt, welche aufgrund der hohen Systemkomplexität bisher nur in Ansätzen verfügbar sind.

Des Weiteren fehlt ein systematischer Zugang für die Praxis und Richtlinien, wie bei einem neuen Projekt und den damit verbundenen Voraussetzungen eine übergeordnete Regelung entwickelt und real umgesetzt werden kann.

Inhalte und Zielsetzungen

Im Projekt ÖKO-OPT-QUART werden mithilfe eines energietechnischen und eines ökonomischen Simulationsmodells vorausschauende übergeordnete Regelungsstrategien erarbeitet und anhand einer konkreten Beispielkonfiguration (aktuell in Planung befindliches Stadtquartier) simuliert.

Damit ist es bereits im Vorfeld möglich die Investitions-, Errichtungs- und Betriebsführungsstrategie mit dem größten wirt­schaftlichen Nutzen zu identifizieren und zuverlässig zu bewerten.

Ergänzend zu den methodischen Erkenntnissen wird ein Sekundärnutzen generiert. Die Bewertung der Ent­wick­lungen anhand realer Randbedingungen ermöglicht die gezielte Nutzung der gewonnen Erkenntnisse für die Realentwicklung des in Planung befindlichen Stadtquartiers.

Methodische Vorgehensweise

Im Projekt werden energietechnische, ökonomische sowie regelungstechnische Modelle für komplexe Energieverbünde in Stadtquartieren entwickelt und anschließend für eine beispielhafte Konfiguration zu einem Gesamtmodell verknüpft.

Die energietechnische Modellierung bildet das thermische sowie das elektrotechnische Verhalten eines urbanen Energieverbundes detailliert und zeitlich hoch aufgelöst ab.

Die ökonomische Modellierung ermöglicht eine kontinuierliche ökonomische Bewertung der Betriebsweise, indem der zeitliche Verlauf der entstehenden Kosten abgebildet und analysiert werden kann.

Die regelungstechnischen Modelle beinhalten je nach Ausführung eine konventionelle, dem Stand der Technik entsprechende, Regelung oder eine im Projekt entwickelte vorausschauende, kostenoptimierende Regelung für die Betriebsführung komplexer Energieverbünde in Stadtquartieren. Damit ist es möglich die Effizienz beider Regelungsstrategien in umfassenden Simulationsstudien zu vergleichen.

Als Entwicklungsgrundlage wird ein in Planung stehendes Quartier herangezogen. Die Integration der verantwortlichen Planer und Investoren soll die Modellentwicklung auf ein praxisnahes Fundament stellen.

Erwartete Ergebnisse

Ziel des Projekts ist die Entwicklung detaillierter und hoch aufgelöster instationärer Simulationsmodelle. Darauf aufbauend folgt die Kopplung dieser Teilmodelle zu einem interdisziplinären Gesamtmodell mit dem verschiedene Regelungsstrategien für den Energieverbund einer Beispielkonfiguration simuliert werden können.

Durch dieses Gesamtmodell wird es erstmals möglich sein, den ökonomischen Nutzen von vorausschauenden Regelungen für die Betriebsweise von Energieverbünden realistisch beziffern zu können. Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Kopplung der Teilmodelle in einer Gesamtsimulation.

Weiters soll eine Methodik zur systematischen Entwicklung vorausschauender, kostenoptimierender Regelungen für komplexe Energieverbünde erarbeitet werden. Diese Methodik soll dazu beitragen, fortschrittliche Regelungen für eine Vielzahl verschiedener Energieverbünde auf Quartiersebene zu erstellen.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen abschließend durch geeignete Disseminationsmaßnahmen der Fachöffentlichkeit zur Verfügung gestellt um insbesondere auch kleinen und mittelgroßen Unternehmen die Möglichkeit zu geben, derartige Regelungen entwickeln und umsetzen zu können.

Grafik: Schema der Gesamtsimulation eines urbanen Energieverbundes
Schema der Gesamtsimulation eines urbanen Energieverbundes

Projektbeteiligte

Projektleitung

Bioenergy2020+ GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

  • AEE INTEC – Institut für nachhaltige Technologien
  • ISWAT GmbH Industriesoftware & Automatisierung
  • PMC-GmbH projekt management creative
  • TB-Starchel Ingenieurbüro GmbH
  • Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik

Kontaktadresse

DI Dr. Markus Gölles
Inffeldgasse 21b
A-8010 Graz
Tel.: + 43 (316) 873-9208
Fax: + 43 (316) 873-9202
E-Mail: markus.goelles@bioenergy2020.eu
Web: www.bioenergy2020.eu

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