EUREF Forschungs-Campus AP2 (Forschungscampus)

Die HTW Berlin widmet sich seit vielen Jahren den erneuerbaren Energien. Neben den seit den 90er Jahren sehr erfolgreich aufgebauten Studiengängen mit dem Fokus auf regenerative Energiesysteme werden in den letzten Jahren die Forschungsaktivitäten in allen Technologiezweigen stark erweitert. Somit kann die HTW Berlin auf umfangreiche Erfahrungen mit dem Verbund verschiedener Energiesysteme zurückgreifen. Mit diesem Hintergrund wird sich die HTW Berlin mit der Realisierung des Mobile Grid (MG) befassen, welches eine Vielzahl erneuerbarer Energieerzeuger und effizienter Verbraucher beinhalten soll.

Der wesentliche Beitrag der HTW Berlin ordnet sich in Arbeitspaket 2 des Gesamtvorhabens ein. Ziel des AP 2 ist es, die Dimensionierung eines MG auf Basis erneuerbarer Energien zu realisieren.

Bisher sind am EUREF Campus einige Erzeugungsanlagen (darunter kleine Windkraftanlagen, Solaranlagen, Stirling BHKW) installiert. Diese Anlagen können den Strombedarf des Geländes nur zu einem kleinen Anteil decken. Das Ziel des Vorhabens war es, die installierte Leistung erneuerbarer Erzeugungseinheiten so zu steigern, dass Sie bedarfsgerecht und effizient zur Eigenbedarfsdeckung beiträgt. Dazu gehört nicht nur der Strombedarf der Gebäude auf dem Campus, sondern auch die Einbindung der elektrischen Fahrzeugflotte in das Last- bzw. Energiemanagement. Die zukünftige Lösung auf dem EUREF Campus sieht eine intelligente Regelung vor, welche die Erzeuger mit ihrem z.T. fluktuierenden Einspeiseverhalten mit den Verbrauchern in einer Weise kombiniert, so dass die Energieüberschüsse minimiert werden und eine Unterdeckung des Strombedarfs bis auf wenige Ausnahmefälle ausgeschlossen werden kann. Die intelligente Anwendung von Energiespeichern, sowohl fest installiert als auch durch bidirektionale Anbindung von Elektrofahrzeugen (Vehicle to Grid), spielt bei der Realisierung eine zentrale Rolle.

Grundlegend kann der Lösungsweg in zwei Phasen unterteilt werden. Im ersten Schritt wurde eine messdatengestützte Simulation der Last- bzw. Erzeugungsflüsse durchgeführt, die die Grundlage für die Dimensionierung der zukünftigen Erzeuger und Energiespeicher darstellt. Auf Basis der Ergebnisse konnte die Realisierung der Anlagen vorgenommen werden. Um die Funktionalität nachzuweisen und die Regelungsstrategien zu optimieren, musste anschließend ein umfassendes Energiemonitoring vorgenommen werden. Durch das Monitoring konnte die Erreichung der im Vorhaben festgelegten Ziele überprüft, sowie die getroffenen Annahmen in der Simulation validiert werden. Außerdem konnten weitere Lösungsansätze entwickelt und für die zukünftige Entwicklung des Campus aufbereitet werden.

Im Vorfeld sollten Simulationen des heutigen, sowie des zukünftigen Last- und Erzeugerverhaltens auf dem Campus dazu dienen, die Dimensionierung der nötigen Anlagen vorzunehmen. Hierzu war es nötig, einen Datenbestand aufzubauen, der das Zeitverhalten jeder Anlage in Abhängigkeit von Verbrauch und Umgebungsbedingungen (Wetterlage) abbilden konnte. In der Simulation konnten die Erzeugungszeitreihen durch Skalierung der installierten Leistung auf den potenziellen Bedarf angepasst werden. Um Erzeugungsspitzen nutzbar zu machen und Versorgungsengpässe zu überbrücken sollen Energiespeicher zum Einsatz kommen. Anhand von Kenntnissen aus der Simulation ließen sich geeignete Speichertypen aufzeigen und Dimensionieren. Um die Nutzbarkeit der Batteriespeicher in den Fahrzeugen abbilden zu können, mussten Fahrzyklen und Nutzungsverhalten der Elektrofahrzeuge in der Simulation zusätzlich berücksichtigt werden. Ergebnisse der Simulation stellen konkrete Dimensionierungsanforderungen an die Speicherkapazität und die installierte Leistung der Erzeugungseinheiten dar.

Nach Abschluss der Simulationen und Validierung von Teilergebnissen (z.B. Aufnahme von Fahrzyklen) konnte die Umsetzung des Mobile Grid vorangetrieben werden. Dessen Aufbau sollte durch ein stetig wachsendes Monitoringkonzept intensiv untersucht und begleitet werden. Zentrale Größen wie Lastverlauf, Speicherfüllstand, Koppelleistung an das Verteilnetz und die Erzeugungsleistungen sollten in einer sinnvollen zeitlichen Auflösung erfasst werden.

Aus den Ergebnissen ließen sich Rückschlüsse auf die Nutzungsgrade der einzelnen Energiequellen sowie Optimierungspotenziale für Regelungslösungen ableiten. Sofern eine differenzierte Erfassung der Verbräuche einzelner Gebäude oder Gebäudeteile realisiert werden konnte, ließen sich zusätzlich Maßnahmen zur Energieeffizienz prüfen und bewerten.

Durch die geplanten Effizienzmaßnahmen auf der elektrischen Seite wird der Wärmebedarf auf dem Campus einen immer größeren Anteil am Primärenergieverbrauch darstellen. Daher war es wichtig den Wärmebedarf von Beginn an in die Simulation zu integrieren und auch hier eine möglichst hohe Deckung zu erzielen. Dies konnte durch die Anwendung von Kraftwärmekopplungsanlagen wie die schon vorhandenen Stirling BHKWs geschehen.

Projektlaufzeit

1.4.2013 - 31.3.2015

Projektleitung

Projektmitarbeiter/innen

  • Dipl.-Ing. (FH) Christian Clemens

Kooperationspartner

  • Technische Universität Berlin

Mittelgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Förderprogramme

Forschungscampus