MiniKueWeE
Minimierung des Kühlenergiebedarfs von Nichtwohngebäuden und Lastflexibilisierung durch den Einsatz von Wärmerohren in Kombination mit erneuerbaren Energien und einer vorausschauenden Regelung
Projektlaufzeit: 01.02.2021 – 31.07.2024
Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger: Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN6)
Derzeit kommt es vermehrt im Sommer und während der Übergangszeit zu einer Überwärmung der Gebäude, da die aktuellen Vorschriften des Wärmeschutzes primär auf eine Verringerung des Heizenergiebedarfs abzielen. Um die zulässigen Temperaturbereiche einzuhalten, müssen technische Anlagen für das Kühlen eingesetzt werden. In der Regel benötigen die Systeme z.B. thermische Bauteilaktivierungen (TBA) jedoch eine gewisse Pumpleistung, um die Kühlmittel durch Leitungen im Bauteil zu transportieren. Zur Kälteerzeugung werden im Allgemeinen elektrisch angetriebene Kältemaschinen eingesetzt. Der hierfür insgesamt notwendige Primärenergiebedarf ist erheblich. Ein Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die Kühlung durch eine passive Wärmeabfuhr mittels Wärmerohren energetisch effizienter zu machen. Des Weiteren soll auch die Abwärme aus der Kühlung möglichst passiv und unter Nutzung von Synergieeffekten bei gleichzeitiger Einbindung erneuerbarer Energien im Gebäudebereich gestaltet werden. In allen Systemen wird es für eine effiziente Nutzung erforderlich sein, eine vorausschauende Regelung (z.B. auch zur Lastverschiebung) zu erforschen. Die HTWG Konstanz erforscht dabei hauptsächlich die Einbindung der erneuerbaren Energien sowie die intelligente, vorausschauende Regelung auf Basis von KI-Algorithmen. Ziel dieses Vorhabens ist, durch die Kopplung der Simulationsmodelle (Raumkühllast, Wärmetransport im Bauteil, Abwärmenutzung) die Entwicklung einer (primär-) energetisch günstigen Lösung zur Kühlung von Nichtwohngebäuden zu unterstützen und zu verifizieren. Anhand von Experimenten, welche die Wirkprinzipien abbilden, sollen die theoretischen und numerischen Modelle kalibriert werden. Die Verifikation der Wirkungsweise und der Leistungsparameter werden zur Überprüfung der gewählten Ansätze an einem skalierten Modell sowie bestehenden Gebäuden erfolgen. Das Gesamtsystem soll prädiktiv mit Hilfe von KI-Algorithmen geregelt werden. Durch die generalisierte Potentialbewertung für die Verwendung in Nichtwohngebäuden stehen nach Beendigung des Projektes die entwickelten Lösungsansätze auch für andere Anwendungsfelder, z.B. Wohnungsbau mit entsprechender Anbindung weiterer Systeme der erneuerbaren Energien zur Verfügung.
AI4Grids
KI-basierte Planung und Betriebsführung von Verteilnetzen und Microgrids zur optimalen Integration regenerativer Erzeuger und fluktuierender Lasten im Rahmen der Energiewende
Projektzeitraum: September 2020 - Dezember 2023
Fördersumme: 2.530.830,76 Euro
Projektträger: Zukunft – Umwelt – Gesellschaft (ZUG) gGmbH
Förderprogramm: KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen
Das Ziel des Projekts ist es, die für die Energiewende benötigten Erzeuger und Verbraucher mittels intelligenter Netzbetriebsführung effizient in das Mittel- und Niederspannungsnetz zu integrieren. So wird eine bessere Synchronisierung von Energiemengen und Netzkapazitäten erreicht.
Dazu werden Algorithmen entwickelt, die auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren und die Planung und Betriebsführung von Stromnetzen auf Verteilnetzebene und von Microgrids („Inselnetzen“) unterstützen. So soll beispielweise ein Algorithmus im Fall einer Störung eine Handlungsempfehlung an die Leitwarte ausgeben, um die Störung schnell zu beheben. Ein solcher KI-basierter Regler für die Betriebsführung benötigt ein umfassendes Bild des Netzzustandes. Dazu überwachen automatisierte Verfahren fortlaufend die aktuelle Netzstruktur und den Eintritt neuer Netznutzer. Zudem wird das KI-System um eine integrierte Lastprognose ergänzt, die Wetter- und Verbrauchsdaten zur Vorhersage nutzt. Durch die gezielte Regelung von Verbrauchern und eine verlässliche Prognose der Erzeugung kann das Netz vor kritischen Belastungen geschützt und eine stabile Stromversorgung sichergestellt werden.
IT-Grid-Design
IT-basierte Netzausbauplanung im Verteilnetz für ein erneuerbares dezentrales Energiesystem (IT-Grid-Design)
Projektzeitraum: 01.04.2017 - 30.06.2020
Projektträger: Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg
Das Thema des Vorhabens ist die Erforschung von neuartigen Optimierungsverfahren im Umfeld von Nieder- und Mittelspannungsnetzen der Verteilnetzebene mit dem Ziel, das bestehende Verteilnetz optimal zu nutzen, und somit die Kosten eines resultierenden Netzausbaus zu verzögern oder ganz zu vermeiden. Üblicherweise werden Optimierungsalgorithmen für einzelne Optimierungsaufgaben entwickelt und angewendet. Stattdessen soll in diesem Vorhaben die Anwendung von Optimierungsaufgaben mit mehreren Freiheitsgraden, das Zusammenspiel verschiedener Akteure bis hin zu komplexen Netzstrukturanpassungen untersucht werden. Insbesondere soll die Anwendung von neuronalen Netzen als Planungs- und Optimierungskern untersucht werden. Das Forschungsvorhaben will damit die Fortschritte zu nutzen machen, die erst in den letzten Jahren im Bereich neuronaler Netze erzielt wurden. Diese werden in anderen Bereichen der Technik bereits sehr erfolgreich angewendet. Das zu entwickelnde, neuartige Optimierungsverfahren soll, im Gegensatz zu existierenden Verfahren, auch in der Realität Ergebnisse liefern, die sofort und direkt umgesetzt werden können, sowie auch zukünftige Netzausbauplanungen unterstützen. Die Beteiligung der assoziierten Partner Siemens und Stadtwerk am See sorgt dabei für eine praxisrelevante Vorgehensweise. Die Entwicklungen zum Beispiel im Smart Grid des EU - Projektes Cossmic oder im Netz des Stadtwerk am Sees speziell im Quartier Fallenbrunnen sowie in Beispielprojekten der Siemens AG können abschließend zur praktischen Evaluierung herangezogen werden. Typische Situationen aus dem täglichen Netzgeschehen sollen verwendet werden, und die Lösung dann auch tatsächlich angewendet werden.