Schritt für Schritt zur klimaneutralen Stadt

SmartQuart ist das erste Reallabor der Energiewende in Deutschland. Drei getrennte energieoptimierte Quartiere bzw. Smart Districts werden digital über einen einzigen Smart-Hub vernetzt, der sowohl Wärme und Strom als auch Wasserstoff managt. Ziel des elf Parteien starken Konsortiums ist es zu zeigen, wie innovative Technologien klimaneutrale Städte ermöglichen.

Das erste der drei Quartiere, das in Betrieb genommen wird, ist ein 60.000 m² großes Neubaugebiet in einem Naturschutzgebiet von Bedburg. Hier entstehen 130 neue Wohneinheiten in typisch kleinstädtischer Dichte, die Energieversorgung erfolgt über Solaranlagen und einen lokalen Windpark. Das Quartier wird mit einer Energiemanagementlösung auf Basis von XENON ausgestattet.

Mit dem Fortschritt des Baus in Bedburg nimmt auch das Energiemanagementsystem immer konkretere Formen an. Die nun durchgeführte Simulation dient nicht nur dazu das System zu testen und mögliche Fehler zu finden, sondern auch die Einsparpotenziale abzuschätzen.

In der Simulation wendete unser Team Lastprofile auf simulierte Anlagen an, die dann Steuerbefehle an das System lieferten. Auf diese Weise konnte das Kommunikationsprotokoll zwischen den drei Partnern - RWTH Aachen, xNet und gridX - getestet werden.

Eine der größten Herausforderungen bestand darin, den prognosebasierten Algorithmus der RWTH, der Vorhersagen und eine optimale Steuerung liefert, mit unserem regelbasierten Algorithmus zu synchronisieren, der eine Echtzeitsteuerung ermöglicht und die Sicherheit des Betriebs im Falle eines Verbindungsverlustes gewährleistet. Unsere DER API ermöglicht dabei, eine transparente Kommunikation zwischen allen Partnern. So ist die RWTH in der Lage, sowohl gridX als auch xNet, dem für die wärmebezogenen Aspekte verantwortlichen Partner, Steuerbefehle für die verschiedenen Systeme zu liefern – wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt.

In den Simulationen hat sich das Kommunikationsprotokoll als effektiv erwiesen und gezeigt, dass es ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Echtzeit- und vorausschauender Steuerung ermöglicht. Um verschiedene Steuerungsstrategien zu testen, wurden zwei verschiedene Tage simuliert – einer mit geringer und einer mit hoher Stromerzeugung. An Tag 1 wurde viel Wind- und Solarstrom erzeugt, und das Ziel bestand darin, die Netzeinspeisung zu minimieren, um Überlasten am Netzanschlusspunkt zu vermeiden. Die Lastgänge und Ladezustände der simulierten Anlagen mit und ohne Einspeisemanagement im Verlauf des Tages sind unten dargestellt.

Tag 1: Hohe Erzeugung aus lokalen Wind- und Photovoltaikanlagen
Ziel: Begrenzung der Einspeise-/Exportspitzen

An Tag 2 war die Stromerzeugung gering und es wurde versucht, den Eigenverbrauch zu maximieren und gleichzeitig den Spitzenbedarf zu senken. Der Unterschied, der sich durch den Einsatz des Energiemanagements ergab, ist unten dargestellt.

Tag 1: Geringe Erzeugung
Ziel: Begrenzung der Importspitzen

Diese Diagramme zeigen, wie wichtig der Einsatz eines intelligenten Energiemanagementsystems ist, um den Netzbezug zu minimieren, dass die Bewohner sich selbst versorgen können, ohne dass es zu Überlasten oder Stromausfällen kommt. Auf diese Weise kann das Viertel gleichzeitig seine Treibhausgasemissionen und Kosten minimieren – um bis zu 7 Prozent. Die DER API ist eine entscheidende Komponente, die die Kommunikation zwischen den verschiedenen Systemen über die Cloud ermöglicht.

Die Simulationen sind ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung klimaneutraler Städte, da sie Einblicke darüber liefern, wie die Partner kommunizieren und Befehle zur Optimierung des Energiemanagements geben können. In den nächsten Monaten werden weitere Simulationen durchgeführt, um sicherzustellen, dass die strom- und wärmetechnischen Aspekte optimal verbunden sind und gesteuert werden können. Die Ergebnisse werden dann auch in die Gestaltung der beiden anderen Quartiere einfließen.

Im Rahmen der Digitalen Woche Rhein-Erft in Bedburg hielt unser technischer Projektleiter Jan Bergholz einen kurzen Vortrag über den technischen Aufbau energieeffizienter Quartiere und wie unsere XENON Plattform entscheidend zu deren Erfolg beiträgt. Sieh dir das Video unten an, um mehr zu erfahren.