Abschlussbericht „Multi-Energie Management und Aggregationsplattform (MEMAP)“ der TU München

Licklederer, Thomas; Mayer, Jan; Bytschkow, Denis; Ahuir, Virginia; Birkeneder, Daniel; Capone, Alexandre; Dagn, Magdalena; Holsten, Elena; Irlbeck, Maximilian; Kramer, Michael; Malinowsky, Detlef; Miedl, Nicole; Nebel, Ralf; Oji, Ardalan; Reiser, Claudius; Schumacher, Lea; Täubrich, Patrick; Wieland, Christoph; Agudelo Sanabria, Saitel Daniela; Beißwenger, Lino; Bröcker, Stephan-Arved; Burger, Johannes; Elizarov, Ilya; Freiesleben, Timo; Heidemann, Lena; Kainz, Jonas; Krüger, Adrian; Thut, Andreas; Duchon, Markus; Hamacher, Thomas .     «

Licklederer, Thomas; Mayer, Jan; Bytschkow, Denis; Ahuir, Virginia; Birkeneder, Daniel; Capone, Alexandre; Dagn, Magdalena; Holsten, Elena; Irlbeck, Maximilian; Kramer, Michael; Malinowsky, Detlef; Miedl, Nicole; Nebel, Ralf; Oji, Ardalan; Reiser, Claudius; Schumacher, Lea; Täubrich, Patrick; Wieland, Christoph; Agudelo Sanabria, Saitel Daniela; Beißwenger, Lino; Bröcker, Stephan-Arved; Burger, Johannes; Elizarov, Ilya; Freiesleben, Timo; Heidemann, Lena; Kainz, Jonas;...     »

Für die Dekarbonisierung des Energiesystems spielt die Energieversorgung von Gebäuden eine wichtige Rolle. Der Fokus des Energiemanagements lag bisher v.a. auf einzelnen Gebäuden und betrachtete die verschiedenen Sektoren, wie Strom oder Wärme zumeist separat. Mit dem Ziel Synergieeffekte zu nutzen und die Effizienz der Energieversorgung in Nachbarschaften zu optimieren, wurde im Forschungsprojekt MEMAP eine Softwareumgebung entwickelt für das gebäude- und sektorenübergreifende Energiemanagement in Quartieren während des Live-Betriebs. Als akademischer Partner im Projektkonsortium lag der Fokus im Teilprojekt der Munich School of Engineering (MSE) der Technischen Universität München (TUM) auf der Modellierung, Optimierung und Simulation der betrachteten Quartiere als Multi-Energiesysteme. Ein Plattformkonzept wurde erarbeitet für die Vernetzung von lokalen Energiemanagementsystemen (EMS) im Quartier unter Verwendung des Kommunikationsstandards OPC UA zur Aggregation der Daten von den einzelnen Gebäuden. Basierend darauf wurden abstrahierte und transferierbare Modelle für die Abbildung der relevantesten Anlagenklassen in Quartieren entwickelt. Gemäß dem aktuellen Stand der Technik wurden diese eingebettet in die Formulierung eines modellprädiktiven Reglers (MPC) für die gekoppelte Optimierung von elektrischen und thermischen Energieströmen im Quartier. Das MPC-framework erlaubt es dabei auch Vorhersagen für zeitlich veränderliche Rahmenbedingungen, wie volatile erneuerbare Energieerzeugung, schwankende Preise und Lastkurven der Verbraucher im Quartier proaktiv zu berücksichtigen. So können z.B. Preisunterschiede automatisiert genutzt und Speicher vorausschauend be- oder entladen werden, um Betriebskosten oder CO2-Emissionen zu minimieren. Die Formulierung und Lösung des zughörigen gemischt-ganzzahligen linearen (MILP) Optimierungsproblems wurde in einer Java-basierten Softwareimplementierung mit den Projektpartnern automatisiert. Ergänzt durch ein entwickeltes Informationsmodell und Kommunikationskonzept für den Livebetrieb entstand so die MEMAP Plattform als Prototyp einer Quartiersenergiemanagement-Lösung. Das Labor für Combined Smart Energy Systems (CoSES) der TUM diente für diese als eine Testumgebung im Projekt. Hier wurde realitätsnah die Praxistauglichkeit der Schnittstellen gezeigt und die Funktion der entwickelten Konzepte und Software-Artefakte anhand von Experimenten mit realer Anlagentechnik eines Quartiers validiert. Das im Projekt entwickelte Planungstool bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche, nutzt denselben Softwarekern wie die Plattform und erlaubt es benutzerfreundlich unterschiedlichste Szenarien zu simulieren. Hiermit wurden simulativ ökologische und ökonomische Vorteile des optimierten Energieverbundes gegenüber dem Einzelbetrieb gezeigt. Durch Umfragen im Feldtestgebiet Riemerling (nahe München) wurde die Akzeptanz des MEMAP-Konzeptes bei potenziellen Anwendern untersucht, wobei insgesamt eine positive Resonanz festzustellen war. Zusammen mit den Projektpartnern wurde basierend auf dem Szenario in Riemerling eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Die TUM untersuchte geeignete Vergütungsmodelle und die Allokation von Kosten für den optimierten Betrieb eines Energieverbundes. Auch wurde die technische Infrastruktur für die thermohydraulische Umsetzung bidirektionaler Wärmeströme zwischen Prosumern im Quartier untersucht. Es wurde gezeigt, dass deren Modellierung und Regelung aufgrund der dezentralen Aktoren und ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten sehr komplex sind und weiterer Forschunsgbedarf besteht. Der Source Code der entwickelten MEMAP-Plattform und des Planungstools ist in einem GitLab Repository unter Open Source Lizenz verfügbar. Die Projektergebnisse, sowie Erkenntnisse wurden in diversen wissenschaftlichen Publikationen, sowie Fachveröffentlichungen und Präsentationen verbreitet. Mit der MEMAP Plattform als Tool für das optimierte Energiemanagement in Nachbarschaften und den begleitenden Untersuchungen wurde mit dem Projekt somit ein Beitrag zur Energieeffizienz von Quartieren und einer nachhaltigen Energieversorgung geleistet.     «

Für die Dekarbonisierung des Energiesystems spielt die Energieversorgung von Gebäuden eine wichtige Rolle. Der Fokus des Energiemanagements lag bisher v.a. auf einzelnen Gebäuden und betrachtete die verschiedenen Sektoren, wie Strom oder Wärme zumeist separat. Mit dem Ziel Synergieeffekte zu nutzen und die Effizienz der Energieversorgung in Nachbarschaften zu optimieren, wurde im Forschungsprojekt MEMAP eine Softwareumgebung entwickelt für das gebäude- und sektorenübergreifende Energiemanagement...     »