Projektstruktur

Das Projekt setzt sich aus 8 Arbeitspakten zusammen. Diese sind im Folgenden dargestellt.

Technologiescreening

Im ersten Arbeitspaket sind die für die weitere Bearbeitung des Projektes relevanten In-formationen zum Stand der stromgekoppelten Anwendungen für die Wärme- und Kälteversorgung von Nichtwohngebäuden zusammenzustellen. Existierende Informationen aus früheren Projekten und Studien werden ergänzt durch eine Befragung von Betreibern von Nichtwohngebäuden und Liegenschaften im GHD-Sektor. Dabei werden zwei unterschiedliche Aspekte abgefragt: (a) technische Daten, (b) Gründe für Investitionsentscheidungen und Akzeptanz von Anreizmechanismen für ein Lastmanagement.

Technische und energiewirtschaftliche Potentiale

Zunächst werden in früheren Studien beschriebene Betreiber- und Geschäftsmodelle mitsamt den zugehörigen Anreizmechanismen vorgestellt. Hierbei wird auf die Perspektive der unterschiedlichen am Energiemarkt beteiligten Akteure eingegangen (z.B. Gebäudebetreiber, Energieversorger, Netzbetreiber, Erzeuger, Contractor/Aggregator, Bilanzkreisverantwortlicher). Die unterschiedlichen Modelle werden im Hinblick auf die möglichen technologischen (z.B. steigender Anteil Erneuerbarer Energien) und regulatorischen (Fortentwicklung von Marktmodell, Gesetzen, Fördermechanismen) Entwicklungen im deutschen Energiesystem diskutiert. Auf Basis dieser Voruntersuchung werden die Geschäftsmodelle identifiziert, welche die stärksten Anreize für einen netzreaktiven Gebäudebetrieb bieten. Abschließend wird eine Potentialabschätzung durchgeführt, um den zu erwartenden finanziellen und technischen Effekt eines Lastmanagements vorab in der Größenordnung einordnen zu können.

Technische Voraussetzungen für Netzdienlichkeit

Die Erfahrungen aus anderen Projekten zeigen, dass die Entwicklung hochentwickelter Betriebsführungsstrategien eine gut aufeinander abgestimmte Auslegung, Konfiguration und Ankopplung von thermohydraulischen Komponenten und Teilsystemen zur Wärme- und Kälteerzeugung (Erzeugung, Speicherung, Verteilung, Übergabe) voraussetzt. Daher wird in diesem Arbeitspaket zunächst erarbeitet, welche thermohydraulischen Gestaltungsrichtlinien die Voraussetzungen für einen netzdienlichen Betrieb schaffen (z.B. Auslegung und Ankopplung von thermischen Speichern, Dimensionierung von Wärmeerzeugern, Wärme-/ Kälteübergabesysteme in Bestandsgebäuden etc.). Es werden die technischen Anforderungen an Wärme-/ Kälteversorgungssysteme herausgearbeitet, um sowohl einen effizienten und kostengünstigen Gebäudebetrieb als auch eine optimale Interaktion von Gebäude und Netz zu ermöglichen. Dazu werden unterschiedliche Erzeuger, Speicher, Übergabesysteme und deren thermohydraulische Kopplung untersucht.

Modellbasierte Optimierung prädiktiver Betriebsführungsstrategien

In diesem Arbeitspaket werden dynamische Simulationen mit modellprädiktiven, optimalen Reglern durchgeführt und ausgewertet. Das daraus resultierende optimale Betriebsverhalten wird im folgenden Arbeitspaket zur Ableitung regelbasierter Betriebsstrategien genutzt.
Das Systemverhalten ist abhängig von der Systemtopologie und -dimensionierung sowie der Zielvorgaben an den Gebäudebetrieb, welche in Form einer zu minimierenden Zielfunktion formuliert werden. Daher werden diese Einflussgrößen  systematisch variiert und ihr jeweiliger Einfluss analysiert.
Zum einen werden unterschiedliche installierte Technologien auf Ebene der Wärme- und Kälteerzeuger, der Speicherung und Übergabe miteinander verglichen.
Zum anderen wird die Analyse hinsichtlich verschiedener Optimierungskriterien bzw. Kostenfunktionen durchgeführt: In einer ersten Bilanzgrenze werden ausschließlich das Gebäude und die gebäudetechnischen Anlagen betrachtet, d.h. das System wird lokal kostenoptimal betrieben. In einem weiteren Schritt wird sowohl das Gebäude als auch dessen Interaktion mit dem Energiesystem berücksichtigt, d.h. die Netzdienlichkeit wird in die Kostenbetrachtung mit einbezogen.

Ableitung von regelbasierten Betriebsführungsstrategien

Aus den im vorherigen Arbeitspaket ermittelten optimalen Betriebsweisen werden z.B. mit Hilfe von data mining / machine learning / Betriebsmustererkennung regelbasierte Betriebsführungskonzepte abgeleitet, da sich diese besser für eine praktische Umsetzung eignen. Für eine erfolgreiche Anwendung sind eine Untersuchung der Robustheit und eine Anpassung an sich verändernde oder unbekannte Randbedingungen notwendig.

Erprobung und Demonstration

Die regelbasierten praxistauglichen Betriebsweisen aus AP 5 sind im Rahmen von Prüfstandsversuchen sowie in realen Nichtwohngebäuden zu prüfen und weiter zu optimieren. Hierzu werden sie zunächst in Prüfständen als auch in drei Demonstrationsgebäuden umgesetzt und messtechnisch untersucht. Die in den Prüfstandsversuchen gewonnen Daten stehen darüber hinaus zur Modellkalibrierung zur Verfügung.

Mitarbeit im IEA EBC Annex 67 „Energy Flexible Buildings“, Leitung Subtask B

Das Fraunhofer ISE geteiligt sich im Annex 67 und leitet dort den Subtask B Analysis, Development and Testing (Analyse, Entwicklung von Strategien und Erprobung) an. Es werden Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem hier vorgestelltem Projekt FlexControl sowie aus dem abgeschlossenem Vorhaben Netzreaktive Gebäude (Förderkennzeichen FKZ 03ET1111A) eingebracht sowie auf internationaler Ebene verglichen und fortgeführt.