Zeitschrift EE

2019-04: Wärmespeicher

Der schlaue Fuchs und die sanftmütige Giraffe

Die Welt der großen Datenmengen, bekannt unter dem Schlagwort „Big Data“, wird manchmal mit einem Zoo verglichen. In einem Zoo gibt es viele unterschiedliche Tiere: den stolzen Pfau, das intelligente Schwein, den schlauen Fuchs oder die sanftmütige Giraffe. Da fällt es schwer, den Überblick zu bewahren und sich für ein Tier zu entscheiden. Auf „Big Data“ übertragen bedeutet das die Notwendigkeit, die jeweils richtigen Methoden für die praktische Anwendung auszuwählen. Genau das versuchen wir, Philip Ohnewein und Daniel Tschopp, seit einigen Jahren bei AEE INTEC. In der Zoologie würde man uns als „Neozoen“ bezeichnen, da wir beide keine Österreicher sind, sondern ursprünglich aus Südtirol bzw. der Schweiz stammen.

Foto: AEE INTEC

Ich heiße Philip Ohnewein und arbeite seit 2010 bei AEE INTEC. Durch das Studium an der TU Graz, Fachbereich Technische Mathematik, bin ich in die Steiermark gekommen. Nach einem zweijährigen Studienausflug nach Spanien und Diplomarbeit bei AVL konnte ich bei SOLID GmbH Erfahrungen in der Projektierung von solarthermischen Großanlagen sammeln. Bei AEE INTEC arbeite ich vor allem im Bereich Datenanalyse wärmetechnischer Anlagen, zur Anwendung kommen sowohl physikalische als auch Machine-Learning-Methoden. Ich wohne mit meiner Familie – mit zwei Söhnen sind wir inzwischen zu viert – im Osten von Graz, sodass ich immer wieder auch mit dem Fahrrad nach Gleisdorf pendeln kann. Zum Studieren bin ich, Daniel Tschopp, von Zürich nach Wien gezogen. Nach einem abgeschlossenen Studium der Philosophie habe ich ein Grundstudium der Mathematik und ein Studium der Volkswirtschaftslehre absolviert. Über meine Masterarbeit beim anschließenden Masterstudiengang „Nachhaltige Energien“ an der Fachhochschule Burgenland bin ich zu AEE INTEC gekommen. Derzeit schreibe ich eine Doktorarbeit über große solarthermische Kollektorfelder. Hier entwickle ich ein In-situ-Testverfahren, um aus Betriebsdaten mittels Simulation und Statistik eine fundierte Bewertung der Kollektoren zu gewinnen.

„Data Science“ hat in den letzten Jahren massiv an Wichtigkeit zugenommen und spielt im Forschungsalltag bei AEE INTEC eine zentrale Rolle. Wir verwenden Messdaten von Solarthermieanlagen, Wärmenetzen, Gebäuden oder Laborexperimenten, um daraus systematisch Erkenntnisse über deren Betrieb zu gewinnen und Optimierungspotenziale auszuloten. Gemeinsam mit KollegInnen entwickeln wir Datenanalyse-Methoden, um große Mengen an Messdaten automatisiert aufzubereiten, auszuwerten und mit Modellen abzugleichen. An AEE INTEC schätzen wir vor allem spannende Forschungsthemen und -methoden, kreatives Denken, familienfreundliche Zeiteinteilung und die netten KollegInnen. Gemeinsam schwitzen wir nicht nur beim Nachdenken über wissenschaftliche Fragestellungen, sondern auch bei der kollegialen Abendgestaltung in der nahegelegenen Sauna oder beim gemeinsamen Sporteln.

2019-04: Wärmespeicher

AEE INTEC vertritt Österreich im Technologieprogramm „Energy Conservation through Energy Storage“ der Internationalen Energieagentur

Energiespeicher für unterschiedliche Energieformen spielen bereits eine zentrale Rolle in unserem Energieversorgungssystem. Zukünftig wird aufgrund der verstärkten Integration erneuerbarer Energieträger, die größtenteils fluktuierend zur Verfügung stehen, die Bedeutung von Energiespeichern noch weiter ansteigen. Anders formuliert hängt das Gelingen einer vollständigen Energieversorgung mit erneuerbaren Energien entscheidend von der Verfügbarkeit angepasster Speichertechnologien ab. Dieser Umstand erfordert eine konsequente technologische Neu- bzw. Weiterentwicklung von Energiespeichertechnologien und deren intelligente Integration in dezentrale als auch übergeordnete Energiesysteme. Da die Lösung dieser anspruchsvollen Fragestellung nicht nur für Österreich eine Herausforderung darstellt, sind internationaler Austausch und kooperative Bearbeitung konkreter Fragestellungen essentiell wichtig. Aus diesem Grund trat Österreich, abgewickelt über das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT), mit Jänner 2019 dem Technology Collaboration Program (TCP) „Energy Conservation through Energy Storage“ (ECES) der Internationalen Energieagentur (IEA) bei. Die Vertretung Österreichs im Exekutivkomitee des TCP übernehmen als nationaler Delegierter Christian Fink von AEE – Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) und als stellvertretende nationale Delegierte Sabine Mitter vom BMVIT.

Christian Fink ist nationaler Delegierter Österreichs im Technology Collaboration Program „Energy Conservation through Energy Storage“ der Internationalen Energieagentur. Foto: AEE INTEC

Das erste Projekt mit österreichischer Beteiligung in diesem Programm startete im Oktober 2019 mit dem Titel „Flexible Sektorenkopplung durch Energiespeicher“ (Annex 35). Das Hauptziel des von ZAE Bayern geleiteten Annexes ist es, in den nächsten drei Jahren die Möglichkeiten von Energiespeichern für Sektorenkopplung und deren Auswirkungen auf die Flexibilität sowie Stabilität übergeordneter Energienetzinfrastrukturen zu klären. Als wesentliche Ergebnisse der internationalen Zusammenarbeit soll eine übersichtliche Klassifizierung von unterschiedlichen flexiblen Sektorenkopplungen in Verbindung mit Energiespeichern erstellt werden. Unter Berücksichtigung der Vergleichbarkeit der Konzepte wird deren technisches sowie wirtschaftliches Potenzial bestimmt und Empfehlungen für Politik und Gesetzgebung für die am Annex 35 beteiligten Länder ausgearbeitet. In diesem ersten „IEA TCP ECES“-Annex mit österreichischer Beteiligung werden bereits zwei Leitungsaufgaben von heimischen Forschungseinrichtungen übernommen. So leitet AEE – Institut für Nachhaltige Technologien Subtask B, der sich mit der konfigurationsbezogenen Spezifizierung von Speichertechnologien für die Sektorenkopplung beschäftigt. Das Austrian Institute of Technology leitet Subtask C mit Fokus auf Energiesystemanalysen von Konzepten zur flexiblen Sektorenkopplung auf lokaler Ebene. Weitere beteiligte österreichische Partner im Annex 35 sind Universität Innsbruck und Fachhochschule Oberösterreich.

Weiterführende Informationen

https://iea-eces.org/

https://iea-eces.org/annexes/flexible-sector-coupling/

2019-04: Wärmespeicher

Optimierter Betrieb und optimiertes Design industrieller Energiesysteme

Effiziente und nachhaltige Energieversorgung in der Industrie braucht eine enge Abstimmung auf den tatsächlichen Bedarf der Prozesse. Nur dann kann auf sich laufend ändernde Bedarfsprofile reagiert werden.

Foto: AT&S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft

Ziel des Leitprojektes „Digital Energy Twin“ ist es, die Industrie mit einer Methode und einem Softwaretool dabei zu unterstützen, den Betrieb und die Auslegung des industriellen Energieversorgungssystems zu optimieren. Durch die Anwendung der Methode des Digitalen Zwillings werden detaillierte Modelle für ausgewählte energierelevante Prozesse und erneuerbare Technologien entwickelt, validiert und vereinfacht. Kern des Projektes ist die Entwicklung eines Optimierungsansatzes sowohl anhand standardisierter Beispiele als auch realer Anwendung in der produzierenden Industrie. Damit wird erstmals eine Lösung für das Spannungsfeld zwischen volatiler erneuerbarer Energieversorgung und deren effizienter Nutzung für fluktuierenden Energiebedarf auf Prozessebene in der Industrie entwickelt. Die gewählte Methode erlaubt die Nutzung für das Trainingsprogramm "Energiemanager 4.0" im Rahmen virtueller (und erweiterter) Realität. Durch die Modularität und standardisierte Entwicklung wird eine maximale Wirkung erreicht und Multiplizierbarkeit in anderen Industriesektoren gewährleistet. Dadurch kann die Industrie unterstützt werden, Kosten und Investitionsrisiken erneuerbarer Energiesysteme zu senken und damit deren Anteil signifikant zu erhöhen.

Auftraggeber: Klima- und Energiefonds

Projektpartner: AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft, FH Vorarlberg (Research Center Digital Factory Vorarlberg, Research Center Energy, Research Center User Centered Technologies, VR Lab), FH Salzburg (Informationstechnik & System-Management), Technische Universität Graz (Institute for Software Technologies), TU Graz (Institute for Interactive Systems and Data Science), Montanuniversität Leoben (Lehrstuhl für Energieverbundtechnik), Eberle Automatische Systeme GmbH & Co KG, Enertec Naftz & Partner GmbH & Co KG, Schmoll Maschinen GmbH, VTU Energy GmbH, Bravestone Information-Technology GmbH

Ansprechperson: Dipl.-Ing. Jürgen Fluch, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

2019-04: Wärmespeicher

Energieflexible lokale Energiegemeinschaften

Das Projekt EXCESS fokussiert auf die Energietransformation europäischer Gebäude und Quartiere hin zu energieflexiblen „Local Energy Communities“ (LEC), die mehr Energie aus erneuerbaren Technologien vor Ort erzeugen als sie selbst verbrauchen. 21 Projektpartner aus Industrie und Forschung entwickeln innovative Technologien, Systeme sowie neue Ansätze, die anhand von vier Demonstratoren in unterschiedlichen Klimazonen analysiert werden. Lösungen in Bezug auf erneuerbare Energien und intelligente Technologien für Plusenergiegebäude existieren zwar, aber Komplettlösungen für unterschiedliche Klimazonen sind nicht verfügbar. Wichtige technische Entwicklungen in Bezug auf Baumaterialen und diverse Einzellösungen sind daher notwendig, um spezifische klimarelevante Fragestellungen für Plusenergiegebäude zu adressieren, besonders für raue Klimabedingungen. Die Nutzung von Energieflexibilität soll außerdem eine zusätzliche Einnahmequelle bieten, die die Lebenszykluskosten der entwickelten Plusenergielösungen reduziert und sie für einen Großteil der Gesellschaft erschwinglich macht.

Foto: Joanneum Research GmbH

Repräsentativ für das mitteleuropäische Klima wird ein ehemaliges Industrieareal in Graz sowohl in Bezug auf Nutzung und Gemeinschaft als auch in Bezug auf Energieversorgung vollständig transformiert. Ein zentraler Aspekt des angedachten LEC-Konzeptes liegt dabei in der smarten Orchestrierung aller vorhandenen energierelevanten Komponenten und Systeme sowie der konsequenten Nutzung unterschiedlicher Energieflexibilitätsoptionen. Für die Umsetzung des österreichischen Demonstrators ist AEE – Institut für Nachhaltige Technologien verantwortlich und koordiniert dabei die Aktivitäten rund um die Entwicklung von aktiven Energiefassaden, der thermischen Aktivierung von vertikalen Bauteilmassen sowie der Entwicklung von „Smart-Contract“-Technologien für Beteiligungsmodelle (Energieerzeugungs- und Speichereinheiten). Außerdem werden Fragen im Zusammenhang mit Energie- und Flexibilitätshandel behandelt.

Auftraggeber: Europäische Kommission

Projektpartner: Joanneum Research (Österreich Koordinator), VTT (Finnland - Technischer Koordinator), Fundación Cener-Ciemat (Spanien), Vlaamse Instelling voor Technoloisch Onderzoek N.V. (Belgien), Suite 5 (Zypern), Prospex Institute (Belgien), Cordium CVBA (Belgien), Agencia Andaluza de la Energia (Spanien), Trycsa (Spanien), Iclei Europasekretariat GmbH (Deutschland), CGSoft (Griechenland), Urbatelier (Spanien), AEE INTEC (Österreich), BAR Vermögensverwaltung GmbH (Österreich), MuoviTech (Finnland), Gebwell (Finnland), Basso Building Systems (Finnland), Tom Allen Senera (Finnland), Dualsun (Frankreich), Thomas Schwarzl IT Consulting (Österreich), NETxAutomation Software GmbH (Österreich)

Ansprechperson: Dipl.-Ing. Thomas Ramschak, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

 

2019-04: Wärmespeicher

Effizienzsteigerung von thermischen Netzen durch datengetriebenes Lastmanagement

Die systematische Auswertung der Betriebsdaten von Fernwärmeanlagen birgt ein enormes, aber kaum genutztes Potenzial zur Systemoptimierung. Im Projekt DataDrivenLM wird mit einem datenbasierten Ansatz und domainübergreifenden Datenquellen eine Lastund Prognosemodellierung erstellt.

Abbildung 1: AEE INTEC

Fernwärmenetze sind eine tragende Säule der bestehenden Wärmeversorgung und wesentlicher Bestandteil zukünftiger dekarbonisierter und sektorübergreifender Energiesystemlösungen.

Neben großen Herausforderungen in den letzten 20 Jahren (verminderter Heizenergieverbrauch, gestiegene Investitions- und Betriebskosten,…) kommen durch die technische Weiterentwicklung, die Senkung der Systemtemperaturen und die Integration multipler, teils fluktuierender erneuerbare Wärmequellen sowie zentraler/dezentraler Speicher viele neue Herausforderungen hinzu.

Die Erfahrung im Wärmenetzbetrieb zeigt, dass großes Potenzial in der Betriebsoptimierung und Regelung liegt und intelligente, prädiktive Regelungen durch die zunehmende Systemkomplexität zur Grundvoraussetzung zukunftsfähiger Anlagen werden. Durch moderne Datenerfassungssysteme, die zunehmend auch im FW-Bereich eingesetzt werden, stehen zeitlich hoch aufgelöste Betriebsdaten zur Verfügung. Diese können mit systematischen Analysemethoden zu einer effizienten, teilautomatisierten und zeitsparenden Systemoptimierung genutzt werden. Darüber hinaus können mit datenbasierten Ansätzen Modelle zur Abbildung und Prädiktion von Verbrauchsprofilen und Netzlasten entwickelt und für prädiktive Regelungskonzepte eingesetzt werden.

Wesentliche Forschungsarbeiten im Projekt umfassen die Potenzialanalyse von Messdaten (Verfügbarkeit, Verwertbarkeit, Qualität), das Datenpreprocessing (Homogenisierung und Plausibilitätsprüfung), die Koppelung verschiedener Datenquellen (meteorologische Daten, Gebäudedaten,…), die intelligente Auswertung und Aufbereitung von großen Datenmengen zur Generierung nutzbarer Informationen und die datengetriebene Entwicklung von modellbasierten Regelungsansätzen mit dem Fokus auf Lastmanagement. Ziel ist es, das Regelungskonzept bis zu einem regelungstechnischen Funktionsmuster voranzutreiben und erste Tests mit realen Anlagendaten durchzuführen.

Auftraggeber: Klima- und Energiefonds

Projektpartner: BLUE SKY Wetteranalysen Traunmüller u. Reingruber OG, Forschung Burgenland GmbH, PEWO Energietechnik GmbH, Schneid Gesellschaft m.b.H., TB Harald Kaufmann GmbH

Ansprechpersonen: Dipl.-Ing. Harald Schrammel, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! Dipl.-Ing. Philip Ohnewein, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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