Frauenhofer IISB entwickelt Plattform ToSyCo zur Optimierung sektorengekoppelter lokaler Energiesysteme

Abschaltung von Anlagen wird unnötig

Energietechnische Anlagen im Reallabor für dezentrale Energiesysteme am Fraunhofer IISB mit intelligenter Betriebsstrategie. © Anja Grabinger / Kurt Fuchs / Fraunhofer IISB

Das Fraunhofer IISB hat die Optimierungs-Plattform ToSyCo (TotalSystemControl) entwickelt. Sie simuliert und steuert sektorengekoppelte Energiesysteme mit Hilfe intelligenter Betriebsstrategien. Die Algorithmen aus ToSyCo können auf sektorenübergreifende Energiesysteme adaptiert und in diese implementiert werden.

Die einzelnen Energieformen und -netze sind über Erzeugungsanlagen und Verbraucher eng miteinander gekoppelt. Das führt zu einer Abhängigkeit der Teilsysteme untereinander. So wirkt sich eine Veränderung in einer Komponente oftmals auch auf andere Teilsysteme aus. Für eine ganzheitliche Optimierung muss deshalb stets das vollständige System betrachtet werden, was eine hohe Komplexität mit sich bringt. Eine weitere Schwierigkeit stellen die verschiedenen Optimierungsziele dar, die sich gegenseitig auch im Weg stehen können.

Mit Hilfe der Plattform TotalSystemControl (ToSyCo) zur Gesamtsystemsteuerung werden Zusammenhänge zwischen den (Teil-)Systemen identifiziert, intelligente Betriebsstrategien entwickelt und Optimierungsmaßnahmen validiert. Als Framework für ToSyCo wird ein Energiemonitoringsystem genutzt, in welchem alle energierelevanten Daten zusammenlaufen. Es wurden verschiedene Anlagen aus dem Reallabor für dezentrale Energiesysteme am Fraunhofer IISB in ToSyCo integriert: Ein Batteriespeichersystem mit einer Kapazität von 60 kWh (aktuell Ausbau auf 100 kWh), ein Großkältespeicher mit einem Volumen von 80 m³, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer elektrischen Leistung von 150 kW und einer Wärmeleistung von 210 kW, zwei Wärmespeicher mit jeweils 12 m³ Volumen sowie eine Wärmepumpe mit einer Wärmeleistung von 50 kW. Die zukünftige Integration weiterer Anlagen, wie eine Redox-Flow-Batterie, ist bereits geplant und vorbereitet. Für das Reallabor IISB konnten durch die Betriebsstrategien aus ToSyCo Einsparpotentiale in Höhe von 25 % bezüglich des Leistungspreises und 6,5 Prozent hinsichtlich des Arbeitspreises nachgewiesen werden.

Lastspitzen sektorenübergeifend reduzieren

Um eine möglichst hohe und damit wirtschaftliche Lastspitzenreduktion zu erreichen, wurden im Rahmen von ToSyCo intelligente Algorithmen entwickelt, mit welchen auf eine Abschaltung von Produktionsanlagen vollständig verzichtet werden kann. Stattdessen werden die Infrastrukturanlagen, wie Batterie, BHKW und Kältespeicher zusätzlich zur Reduktion von Lastspitzen eingesetzt. Die nötigen Betriebsstrategien lassen sich auch in Bestandssysteme integrieren, wenn eine gewisse Flexibilität durch Energiespeicher gesichert ist. Es wird dabei unterschieden zwischen Lastspitzenreduktion durch Speicher, Erzeuger und Verbraucher. Mittels elektrischer Speicher ist eine direkte Lastspitzenreduktion möglich: Bei zu hohen Lasten werden Batterien durch optimierte Algorithmen entladen und in Niedriglastzeiten wieder beladen. Zusätzlich können Erzeuger zugeschaltet werden. Zuletzt können Verbraucher der Versorgungsinfrastruktur abgeschaltet werden, um die elektrische Leistungsaufnahme zu reduzieren.

Mit Hilfe eines Kältespeichers wird die Abschaltung der Kältemaschine und des Rückkühlwerks während einer Entladung ermöglicht, auch hierfür werden die nötigen Randbedingungen innerhalb von ToSyCo berechnet und berücksichtigt. Mit Hilfe der vorgestellten Anlagen kann die Lastspitze des Fraunhofer IISB um etwa 25 % reduziert werden. Bei einer Lastspitze von einem Megawatt und einem angenommenen Leistungspreis von 100 Euro pro Kilowatt würde das einer Einsparung von 25.000 Euro pro Jahr entsprechen.

Aufbauend auf den Erkenntnissen aus ToSyCo unterstützt das Fraunhofer IISB seine Partner bei der Planung und Umsetzung von klimaneutralen intelligenten dezentralen Energiesystemen. Es bearbeitet Projekte zudem in den Bereichen Entwicklung von Komponentenmodellen für energietechnische Anlagen, Lastprognosen, Entwicklung von intelligenten Betriebsstrategien und Steuerung-/Regelungsalgorithmen sowie Auslegung von Anlagen und Speichern für ein optimiertes Energiemanagement mittels prognosebasierter Simulation. Quelle: Fraunhofer IISB / al

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