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

Ausgangslage

Mit der Entwicklung energieeffizienter Gebäude und dem massiven Ausbau regenerativer Ener­gie­gewinnung wurde die Transformation unserer urbanen Energiesysteme in Gang gesetzt. Die Abhängigkeit der regenerativen Energiebereitstellung von nicht steuerbaren und wechselhaften Phänomenen wie Wind und Sonne, die stetig ausgebaute dezentrale Energiegewinnung sowie der steigende Effizienzdruck verursachen dabei eine massive Erhöhung der Systemkomplexität.

Die derzeit eingesetzten steuerungs- und regelungstechnischen Methoden sind jedoch nicht in der Lage, derartig komplexe Systeme effizient und zuverlässig zu betreiben. Ein energie­tech­ni­sches und ökonomisch effizientes und zuverlässiges Betriebsverhalten ist aber die Grundlage ei­ner breiten Akzeptanz und die unverzichtbare Basis für Investitionen in erneuerbare Ener­gie­trä­ger.

Ziele

Im Projekt werden ein energietechnisches, ein ökonomisches sowie ein regelungstechnisches Modell für komplexe Energieverbünde in Stadtquartieren entwickelt und zu einem leistungs­fähi­gen, umfassenden Gesamtmodell verknüpft. Die energietechnische Modellierung bildet das ther­mische sowie das elektrotechnische Verhalten eines urbanen Energieverbundes detailliert und zeit­lich hoch aufgelöst ab. Das ökonomische Modell ermöglicht eine kontinuierliche ökonomische Bewertung der Betriebsweise, indem der zeitliche Verlauf der entstehenden Kosten abgebildet und analysiert werden kann. Das regelungstechnische Modell beinhaltet je nach Aus­führung eine konventionelle, dem Stand der Technik entsprechende Regelung, oder eine im Projekt ent­wickel­te vorausschauende, kostenoptimierende

Regelungsstrategie für die Betriebs­führung komplexer Energieverbünde in Gebäudeverbünden / Stadtquartieren, und ermöglicht somit einen Vergleich der beiden Regelungen durch umfassende Simulationsstudien. Als Entwicklungsgrundlage wird ein in Planung stehendes Quartier im Stadtgebiet Graz-Reininghaus herangezogen. Die In­te­gra­tion der verantwortlichen Planer und Investoren stellt dabei die Modellentwicklung auf ein praxis­nahes Fundament.

Modellansätze auf Grundlage von Daten der Projektpartner bzw. aus Literaturrecherchen werden in anwen­dungs­spezifischen Simulationswerkzeugen implementiert und im Rahmen einer Co-Simulation mit­einan­der verknüpft, um die gesamte Bandbreite von Energietechnik bis Ökonomie ganzheitlich abbilden zu können. Parallel werden die Modelle für die Regelung so weit vereinfacht, dass ein in Echtzeit lösbares Optimierungsproblem formuliert werden kann, welches einen ökonomischen Betrieb der energietechnischen Konfiguration gewährleistet. Die Qualität dieser Regelung wird schließlich an­hand der Co-Simulation validiert und die entstehenden Betriebsstrategien werden bezüglich der Mö­g­lich­keit ihrer Verallgemeinerung auf andere Konfigurationen untersucht.