Intelligente Software für nachhaltigeres Heizen
Fernwärme- und Fernkältesysteme gibt es schon seit den alten Römern, aber moderne Systeme verteilen die Wärme aus Kraftwerken normalerweise, um Häuser, Wohnungen und ganze Häuserblocks zu heizen oder zu kühlen. Diese Netze unterscheiden sich nach Methoden, Wirkungsgrad und Effektivität und sind nicht auf Effizienz optimiert oder erfüllen nicht die Bedürfnisse der Endverbraucher. Das Projekt OPTi arbeitete daran, Wirkungsgrad und Energieeinsparungen in Fernwärme- und Fernkältenetzen zu steigern und gleichzeitig die Infrastruktur- und Ausrüstungskosten zu senken. Die Initiative zielte auf Effizienz in Bezug auf den wirtschaftlichen Nutzen, reduzierte Spitzenlasten und den Komfort für den Endverbraucher ab. „Im Rahmen des OPTi-Projekts wollten wir Wärmeenergie am richtigen Ort, zur richtigen Zeit und in der richtigen Menge bereitstellen und dabei große Investitionen in neue Anlagen vermeiden“, sagt Prof. Wolfgang Birk, Koordinator von OPTi. „Durch die Optimierung vorhandener Systeme mit intelligenten Steuerungsansätzen können wir Energie sparen, den Einsatz umweltschädlicher Energiequellen vermeiden und dennoch den Energiebedarf der Endverbraucher decken.“ Aufbau und Test eines Frameworks für Fernwärme- und Fernkältenetze Die OPTi-Forscher entwickelten das OPTi-Framework, eine Sammlung von Softwareinstrumenten, die es Managern und Entwicklern von Fernwärme- und Fernkältenetzen ermöglicht, moderne und geplante Netze zu modellieren, zu analysieren und zu steuern. In ihrer Gesamtheit werden diese Instrumente zur besseren Planung und Ausführung von Fernwärme- und Fernkältenetzen sowie zur besseren Steuerung im Vergleich zu den heute üblichen Netzen führen. Die Initiative startete mit einer gründlichen Untersuchung und Überprüfung des Stands der Technik bei Fernwärme- und Fernkältenetzen. Acht Anwendungsfälle wurden im Detail beschrieben. Aus diesen Informationen ermittelte OPTi fünf Leistungskennzahlen, anhand derer die Forschenden ihre Leistungen für den Rest des Projekts beurteilten. Sie definierten außerdem funktionale und nichtfunktionale Anforderungen an ihr Framework. Einer der Hauptbestandteile des Frameworks ist die virtuelle OPTi-Sim-Umgebung, mit der die Forscher verschiedene Ansätze zur Optimierung von Fernwärme- und Fernkältenetzen prüfen und modellieren konnten. Unter Einsatz von OPTi-Sim konnten die Forschenden neue Verfahren und Ansätze ausprobieren, ohne hohe Materialkosten zu verursachen oder mit den existierenden Systemen in Konflikt zu geraten. Die virtuelle Umgebung wird auch von einigen Unternehmen in der Fernwärme- und Fernkältebranche zum Ausprobieren neuer Methoden genutzt. „Eine Virtualisierung der realen Fernwärme- und Fernkältesysteme in einer Simulationsumgebung ist ein wichtiges Werkzeug, das uns in die Lage versetzt, das aktuelle System und das verbesserte System in einer sicheren Umgebung zu untersuchen“, merkt Prof. Birk an. „Wir konnten radikalere Ansätze testen, an die man sich im echten Leben nicht heranwagen würde.“ Ein weiterer Aspekt des OPTi-Frameworks ist ein Prognoseinstrument, das von mehreren Partnerunternehmen getestet wurde. IBM setzt nun diesen Prognoseansatz als Teil der den Versorgungsunternehmen in Europa angebotenen Dienstleistungen ein. OPTi entwickelte außerdem ein System mit der Bezeichnung Virtual Knob (virtueller Knopf), das dem Nutzer die Kontrolle über die thermische Behaglichkeit verleiht, und erprobte es in einem großen Bürogebäude in Schweden. Ein weiteres Resultat des Projekts ist ein verbessertes Nachfragereaktionssystem. Nachfragereaktion bezieht sich auf Änderungen in der Strom- oder Wärmenutzung durch den Endverbraucher und kann durch Nachfragereaktionssysteme wie etwa intelligente Stromzähler oder Lastabwurfmaßnahmen gesteuert werden. Das Framework voranbringen OPTi hat seine Resultate und Erkenntnisse mithilfe von Promotionmaterial zum Projekt, einer Projektwebsite und Verbreitungsaktivitäten wie etwa Vorträgen, Besuchen, Veröffentlichungen und Veranstaltungen für die Industrie einem großen Kreis weitergegeben. Das Projekt organisierte außerdem einen Workshop in Sydney als Teil der Konferenz IEEE SmartGridComm 2016. Birk erklärt, dass viele der im Rahmen des OPTi-Projekts entwickelten Instrumente durch als Teil des Projekts eingerichtete Industriepartnerschaften in die kommerzielle Nutzung gelangen. „Unsere Partner Luleå Energi AB und Sampol planen gegenwärtig die Umsetzung einiger der während des OPTi-Projekts entwickelter Anlagen“, kommentiert er. „All unsere Industriepartner nutzen die Ergebnisse bereits in ihrem eigenen Geschäftsfeld, während wir kontinuierliche Gespräche mit Interessengruppen führen, um einige der Wirtschaftsgüter auf den Markt zu bringen.“ Zudem werden die Innovationen und die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Projekts nicht ungenutzt bleiben. „Es werden bereits neue Forschungsprojekte gestartet, welche die erzielten Resultate weiterentwickeln und deren Möglichkeiten verbessern“, sagt der Professor und fügt hinzu: „Beispielsweise widmet sich nun ein neues Projekt einigen der Anwendungsgrenzen von OPTi-Sim.“
Schlüsselbegriffe
OPTi, DHC, Fernwärme- und Fernkältenetze, Energie, Fernwärme und Fernkälte, OPTi-Sim, thermisch
