Flex HP - Regelungsmodelle für die Flexibilitäts­optimierung von Wärmepumpen zur Entlastung des Stromnetzes

Ausgangssituation/Motivation

Als Teil der Europäischen Union hat sich Österreich ehrgeizige Ziele zur Klimaneutralität gesetzt. Gerade im Gebäudebereich fällt ein Großteil der inländischen CO2-Emissionen an, weshalb auch hier der Umstieg auf erneuerbare Energieträger sowie eine integrierte Wärmewende mit dem Umstieg auf Wärmepumpen notwendig ist.

Der Einsatz von Strom aus Windkraft und Photovoltaik wird dabei massiv zunehmen, damit die Wärme- und Kältebereitung im Gebäudesektor nachhaltig und ohne CO2-Emissionen erfolgen kann. Damit einher gehen Herausforderungen, die vor allem das Stromnetz betreffen. Hohe Einspeisepeaks durch Erneuerbare und gleichzeitiges Fehlen von Netzbezug bedeuten eine Belastung des Netzes.

Angesichts dieser Tatsache nehmen die Themen Energiespeicherung, Lastverschiebung und Sektorenkopplung einen maßgeblichen Stellenwert ein. Gleichzeitig stehen uns mit dem Gebäudebestand Potenziale zur Verfügung, die derzeit noch wenig genutzt werden. Voraussetzung dafür sind Regelungssysteme, die vorausschauend auf Änderungen reagieren und bereits Maßnahmen vorabsetzen.

Mit Künstlicher Intelligenz (KI) und Internet of Things (IoT) haben sich in den letzten Jahren die Potenziale für neuartige Regelungsalgorithmen vervielfältigt. Smarte Algorithmen für eine intelligente Steuerung der einzelnen Verbraucher erlauben Lastverschiebung und können dabei das Stromnetz entlasten und den Anteil an erneuerbaren im Netz erhöhen.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Managementtools für einen dynamischen und flexiblen Wärmepumpenbetrieb in einem dezentralen Energiesystem (= dynamisches Energiemanagementsystem DEMS). Kern dieses DEMS sind Modelle der verschiedenen Akteur:innen im System sowie ein Algorithmus, der die Energieströme optimiert.

Methodische Vorgehensweise

Ein methodischer Schwerpunkt liegt auf der Modellierung der Akteur:innen im Energiesystem. Dabei kommen moderne Technologien der IKT zur Anwendung. Fokus der Modellierung liegt in der Entwicklung eines belastbaren Wärmepumpenmodells zur Prognose des Leistungsverbrauchs in Kombination mit dem thermischen Verhalten des Gebäudes.

Abschließend werden die einzelnen Modelle in einem Gesamt-Forecast verschränkt, der als Basis für die Regelung der Energieströme dient. Die Abbildung zeigt die Struktur des geplanten DEMS. Die Funktion des Datenmanagementsystems wird in einem Living Lab erprobt.

Erwartete Ergebnisse

Als primäres Ergebnis liegt ein experimentell bestätigtes Konzept für ein dynamisches Energiemanagementsystem vor, das mittels Funktionsnachweis im Labormaßstab einem breiten Test unterzogen werden kann. Durch die Erprobung im Living Lab können Herausforderungen hinsichtlich Schnittstelleninkompatibilität, mangelnde Qualität der Modelle und Daten weitestgehend behoben werden.

Der Modellaufbau erfolgt gebäudetypenunspezifisch, was das Einsatzgebiet auf verschiedene Gebäudenutzungen und darüber hinaus größere räumliche Strukturen wie Stadtquartiere oder ganze Städte erweitert. Abschließend werden verschiedene Anwendungsszenarien für eine mögliche Ausweitung des Systems über das Living Lab hinaus identifiziert.

Projektleitung

Universität für Bodenkultur Wien – Institut für Verfahrens- und Energietechnik

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

• Novotek Austria GmbH
• Wirtschaftsagentur Burgenland Forschungs- und Innovations GmbH

DI Dr. Magdalena Wolf
Mutghasse 107
A-1190 Wien

Tel.: +43 (1) 47 654 89 315
E-Mail: magdalena.wolf@boku.ac.at
Web: https://short.boku.ac.at/refrigeration