Mit intelligenter Energielösung Flexibilitätsprobleme in modernen Gebäuden bewältigen
Bei den heute üblichen Lösungen, um Gebäude intelligenter auszugestalten, gibt es Schwierigkeiten damit, ältere Ausrüstungen in den energieflexiblen Markt zu integrieren. Außerdem sind sie nicht für die nahtlose Kommunikation zwischen Gebäuden und Stromnetz geeignet, die für eine bessere Flexibilität in der städtischen Energieversorgung erforderlich ist. Hinzu kommt, dass leicht umsetzbare Dauerlösungen oft an den Bedürfnissen und Vorlieben der die Gebäude nutzenden Menschen vorbeigehen, worin jedoch der Schlüssel zur sozialen Akzeptanz liegt. Um dieses Problem zu lösen, entwickeln die Forschenden im Rahmen des Projekts COLLECTiEF(öffnet in neuem Fenster) ein interoperables, skalierbares Energiemanagementsystem, das auf kollektiver Intelligenz beruht. Kollektive Intelligenz ist ein Ansatz mit verteilter Intelligenz, mit dem Berechnungen und Sensorlösungen direkt auf die Gebäudeebene (Edge) heruntergebrochen werden. „Unser System erleichtert die Einbindung älterer Ausrüstung in kollaborative Netzwerke innerhalb von Gebäuden und städtischen Energiesystemen. Es trägt dazu bei, die Installationskosten zu senken, den Datenübertragungs- und Rechenaufwand zu minimieren, die Datensicherheit zu optimieren sowie die Energieflexibilität und Klimaresilienz zu verbessern“, erklärt Projektkoordinator Mohammadreza Aghaei.
Effizienz, Komfort und Resilienz bereitstellen
Mithilfe der Kombination von Algorithmen kollektiver Intelligenz mit kostengünstiger Hardware und Benutzungsfeedbackschleifen wird im Rahmen von COLLECTiEF Mehrwert über fünf miteinander verknüpfte Dimensionen hinweg geschaffen. „Das System trägt dazu bei, Netzengpässe zu verringern und durch Lastverschiebung in Echtzeit nachfrageseitige Einnahmen zu erzielen. Die Gebäude profitieren von niedrigeren Energierechnungen, da der Primärenergieverbrauch im Durchschnitt um 16 % gesenkt wird, was einer jährlichen Einsparung von 0,2 bis 3 EUR pro m2 entspricht“, erläutert Aghaei. „Die Nutzenden genießen außerdem verbesserten Komfort durch maßgeschneiderte Klimasteuerung, die die Zufriedenheit um 15 % erhöht.“ Mit dem System wird gleichermaßen die Klimaresilienz optimiert, denn die Gebäude können sich autonom an extreme Hitze oder Kälte anpassen und dabei stabile Innenraumbedingungen aufrechterhalten und Systemausfälle verhindern. Außerdem werden Entscheidungen bei minimalem Datenaustausch vor Ort getroffen.
Mit COLLECTiEF-Knoten zur intelligenteren Energienutzung
Das COLLECTiEF-System besteht aus zwei intelligenten Knotenpunkten. Der Clusterknoten agiert als Brücke zwischen Energieversorgung und Gebäuden. Er lernt von Randknoten, wie sie auf Flexibilitätsanforderungen reagieren, und analysiert Energieversorgungsmuster, die vom Wetter, der Preisgestaltung und der Dynamik von Angebot und Nachfrage beeinflusst werden. Anhand dieser Daten entwickelt der Clusterknoten Prognosemodelle, um rechtzeitig Flexibilitätssignale an die richtigen Nutzenden zu senden und somit den Bedarf der Energieversorgung zu decken. Der Randknoten arbeitet innerhalb von Gebäuden und ist sowohl mit Internet-der-Dinge-Drahtlosprotokollen (IoT) als auch mit konventionellen Kabelprotokollen kompatibel. Er übermittelt Flexibilitätsanforderungen an Gebäudekomponenten und -ausstattungen, sodass die Nutzenden selbst entscheiden können, wie und wann sie die Einstellungen ihren Vorlieben entsprechend verändern, etwa die Temperatursollwerte senken, die Ventilatorgeschwindigkeiten anpassen oder das Aufladen von Elektrofahrzeugen verzögern. Im Lauf der Zeit greift das System auf maschinelles Lernen zurück, um die Präferenzen der Nutzenden zu verstehen, wobei Parameter wie Wetter und Anreize berücksichtigt werden, und es schlägt optimierte Zeitpläne für die zukünftige Energienutzung vor.
Das System auf die Realität vorbereiten
Es ist zu erwarten, dass COLLECTiEF den Technologiereifegrad 8 erreichen wird, was bedeutet, dass das System qualifiziert und mit einem Nachweis der Funktionstüchtigkeit ausgestattet sein muss. Um diesen Meilenstein zu erreichen, wird das System einer strengen Validierung in realen und simulierten Umgebungen unterzogen. Die Erprobung umfasst eine kleinmaßstäbliche Demonstration in Frankreich und großangelegte Demonstrationen an dreizehn Standorten in Italien, Norwegen und Zypern, die aufgrund ihrer unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgewählt wurden. Inzwischen entwickelt das Team ein E-Lernen-Programm(öffnet in neuem Fenster), das Endnutzenden, kommunalen Interessengruppen und Baufachleuten Hilfestellung dabei geben soll, die COLLECTiEF-Technologien in ihrem Umfeld zu verstehen, zu übernehmen und auf effektive Weise umzusetzen.
