Über das Projekt

In diesem Verbundprojekt wurde ein neuartiges Steuerungssystem für die Energie- und Gebäudetechnik von Großinfrastrukturen entwickelt, welches Umweltdaten und -bedarfe in eine ganzheitliche Steuerung der Energietechnik einbezieht. Durch die intelligente Steuerung und Vernetzung der Energiequellen, -speicher und -verbraucher kann neben der Reduktion eine Glättung der Energiebedarfe erreicht und auf diese Weise die Energieautarkie einer Großinfrastruktur erhöht werden.

Motivation

Zukünftig eine umweltschonende, zuverlässige und gleichzeitig bezahlbare Energieversorgung zu gewährleisten, stellt eine große Herausforderung für die deutsche Energiewirtschaft dar. Dabei stehen eine steigende Deckung des Primärenergiebedarfs durch erneuerbare Energie sowie eine Steigerung der Energieeffizienz über die gesamte Energiekette im Fokus. Insbesondere im Gebäudebereich liegen große Potenziale zur Einsparung von Energie und Treibhausgasemissionen, da sich dieser Bereich für etwa 40% des gesamten Endenergiebedarfs und ein Drittel der CO2-Emissionen verantwortlich zeigt.

Methode / Vorgehen

Im Rahmen des Projektes wurde eine Steuerungsmethodik entwickelt, die Umweltdaten und –bedarfe in die ganzheitliche Steuerung der Energie- und Gebäudetechnik von Großinfrastrukturen direkt einbezieht. Aufwendiges Nachregeln einzelner Systeme entfällt bzw. wird stark reduziert und die Gesamtanlage kann hierdurch zielorientierter gefahren werden. Die Gesamtaufgabenstellung wurde mit Blick auf die Teilaspekte „Steuerungsmethodik inkl. Optimierung der Einbindung interner Energiequellen“, „Steuerung Verbraucher und Klima“, „Optimierungspotentiale: Einbindung Elektrospeicher sowie Assistenzsystem Energiehandel“ und „CO2-Bilanz“ bearbeitet. Die Steuerungsmethodik basiert konzeptionell auf einem Datenerfassungsmodul, einem Analyse- und Steuerungsmodul sowie einem Ausgabemodul. Das Datenerfassungsmodul ermöglicht die Aufnahme unterschiedlichster Eingangsinformationen zu den Energiebedarfen. Das Analyse- und Steuerungsmodul leitet konkrete Energiebedarfe aus den Eingangswerten ab und überführt diese in konkrete Steuerempfehlungen für angeschlossene Energielieferanten und/oder Verbraucher. Zusätzlich beinhaltet das Modul einen Baustein zur simulativen Optimierung der Energiebereitstellungsquellen. Das Ausgabemodul übergibt die ermittelten Steuerempfehlungen an angeschlossene Systeme. Durch die modulare und offene Ausprägung der entwickelten Steuerungsmethodik ist die einfache Integration in bestehende IT-Landschaften möglich. Die Validation der Projektergebnisse erfolgte auf Basis einer Umsetzung der Methodik für zwei exemplarischer Anwendungsszenarios.

Ergebnisse

Die Hauptergebnisse des Projektes umfassen die erarbeitete Steuerungsmethodik sowie ihre Validierung anhand der exemplarischen Umsetzungen in den Anwendungsszenarien „Vorfeldbeleuchtung“ und „Vorlesungsraum“ sowie die simulationsbasiert evaluierten Forschungen zur Glättung der Lastkurven am Beispiel Airport Bremen und zum Zukunftsenergiekonzept für den Airport Bremen. Die erarbeitete Steuerungsmethodik wurde modular aufgebaut. Ihre Übertragbarkeit konnte durch die erfolgreiche Umsetzung der Systematik nachgewiesen werden. Durch die Umsetzung des ersten Anwendungsszenarios „Vorfeldbeleuchtung“ werden im Ergebnis übergeordnete Daten zu Flugzeugankünften und Parkpositionen sowie Helligkeitsinformationen automatisch in einer Lichtsteuerung umgesetzt. Der durch die dimmbaren LED Fluter bereitgestellte Anteil künstlichen Lichts ergänzt die natürliche Helligkeit derart, dass positionsspezifisch die jeweilig erforderliche Lichtmenge (bspw. Verkehrswegebeleuchtung, Boardingbeleuchtung, Maintenance-Beleuchtung) erreicht wird. Durch die Umsetzung des zweiten Anwendungsszenarios „Vorlesungsraum“ wird im Ergebnis ein Vorlesungsraum der Universität Bremen auf Basis eines Raumbelegungsplanes und der aktuellen Raumdaten (Temperatur, Helligkeit etc.) belegungsspezifisch temperiert und die Energieverbraucher des Raumes außerhalb einer Nutzung automatisiert energieoptimal gesteuert. Das entwickelte Zukunftsenergiekonzept wurde am Beispiel der Großinfrastruktur des Airport Bremen entwickelt und enthält mittels einer Simulationsstudie untersuchte zukunftsweisenden Systemausprägungen für einen energieeffizienten Betrieb der Energie- und Gebäudetechnik, wie bspw. den Einsatz von Speichertechnologien und Elektromobilität. Durch eine Simulationsstudie der Energiebedarfe und Energieerzeugung am Airport Bremen konnte auf Basis historischer Daten eine Glättung der Lastkurven zu einer Senkung der Kosten für die externe Energiebeschaffung nachgewiesen werden.

Das Projekt hat in Simulationsstudien und exemplarischen Umsetzungen gezeigt, dass die entwickelte Steuerungsmethodik grundsätzlich auf verschiedene Gruppen von Groß-Infrastrukturen effizient anwendbar ist. Die intelligente Verknüpfung von Umweltdaten und Nutzungsdaten zur Energiesystemsteuerung ist ein zukunftsweisendes Vorgehen, für das das GEREGELT-Projekt erste konkrete Ansätze liefert. Das aufkommende Thema der Lichtverschmutzung gibt dem Projektergebnis eine ergänzende Relevanz.

Darüber hinaus bietet die interdisziplinäre Betrachtung von Energieeffizienz und intelligenten Verbrauchersysteme mit einer Zukunftsfähigkeit für den Einsatz von künstlicher Intelligenz gepaart mit der Möglichkeit der Verwendung auch im kaufmännischen Bereich hinsichtlich einer Transparenz in der Kalkulation und die Möglichkeit von automatisch abrechenbaren Leistungen vielfältige weitere Entwicklungsmöglichkeiten.

Ein Transfer der entwickelten Steuerungsmethodik könnte u.a. für folgende Interessengruppen interessant sein:

  1. Flughäfen
  2. Bahnhöfe
  3. Kliniken
  4. Universitäten
  5. Shopping-Malls
  6. Werkstandorte

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