Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEIm Projekt »EnQuaFlex« entwickeln wir ein agentenbasiertes Energiemanagementsystem für den intelligenten Betrieb im Quartier. Wir untersuchen in einem Neubauquartier in Harsefeld (Niedersachsen), wie dezentrale Anlagen sich so steuern lassen, dass sowohl die Bedürfnisse der Bewohner als auch Anforderungen aus dem umliegenden Energiesystem berücksichtigt werden.
Energiewendedienlicher Quartiersbetrieb durch gemeinschaftliche Flexibilitätskoordination
EnQuaFlex
Die Vision: Smart City - ein zukunftsweisendes Quartier für die Energiewende.
Ausgangslage
Der Wärmesektor macht ein Drittel des deutschen Endenergiebedarfs aus, 70 Prozent davon in Privathaushalten. Die Energiewende erfordert systemische Transformation auf Quartiersebene. Zentrale Herausforderungen hierbei: die Integration dezentraler erneuerbarer Energien führt zu steigendem Flexibilitätsbedarf im Verteilnetz. Bisherige Effizienzsteigerungen durch Einzeltechnologien reichten nicht aus - eine ganzheitliche Betrachtung der Gebäudetechnik als Energiesystem fehlte. Ungenutzte Energieströme blieben daher unerschlossen. Darüber hinaus machten regulatorische Barrieren interne Quartiersmanagementsystem-Optimierung wirtschaftlich unattraktiv. Zentrale Architekturen bildeten nicht die heterogene Akteursstruktur ab. Externe Anreize mit quartiersinternem Austausch waren unerforscht, Realdemonstrationen fehlten.
Ziel
Das Vorhaben erforscht ressourceneffiziente Technologien mit energiewende-, netz- und quartiersdienlicher Betriebsführung für zukunftsfähige Wohnquartiere. Ein intelligentes Lastmanagementsystem soll die lokale Quartiersebene und das Gesamtenergiesystem optimieren. Parallel werden Wechselwirkungen auf Bewohnerverhalten analysiert. Die Forschung umfasst Gebäudetechnologien, deren intelligentes Zusammenwirken mittels agentenbasiertem Energiemanagement sowie Akteursverhalten. Im Projekt »EnQuaFlex« werden vier zentrale Arbeitsziele verfolgt: quartiersbezogene Simulation von Gebäude- und Anlagensystemen, Entwicklung intelligenter Energiemanagementsysteme, Erprobung innovativer Kommunikationswerkzeuge in Energiegemeinschaften sowie Förderung von Transparenz und Wissenstransfer.
Das Fraunhofer ISE verantwortet die Konzeption und Entwicklung des agentenbasierten Quartiers-Energiemanagementsystems (EMS). In enger Abstimmung mit Green Planet Energy als Betreiberin des lokalen Arealnetzes werden die energiewendedienlichen Zielvorgaben festgelegt, denen das Agentensystem folgen soll. Parallel dazu werden während der Systementwicklung fortlaufend die Anforderungen und Präferenzen der Bewohnerinnen und Bewohner integriert, um eine praxisnahe und nutzerzentrierte Umsetzung sicherzustellen.
Lösungsansatz
Im Projekt führen wir Befragungen durch, um im Vorfeld Erwartungen an das Quartiers- Energiemanagementsystem (EMS) und um – im Anschluss an die Installation - Erfahrungen mit dem EMS zu sammeln. Bevor es zu einem Einsatz im Quartier kommt, führen wir Labortest in unserem Digital Grid Lab durch. Dabei können sowohl reale Komponenten wie Wallboxen oder Batteriespeicher eingebunden, als auch virtuelle Komponenten modelliert werden. In der zweiten Projekthälfte ist ein Betrieb mit ausgewählten Anwendungsfällen im Quartier vorgesehen. Dazu sollen die entwickelten und im Labor getesteten Algorithmen in ein kommerziell verfügbares EMS integriert werden und so die Betriebsführung der verschiedenen Komponenten diverser Hersteller vor Ort um die Energiesystemebene erweitern.
Dezentrale Quartiersoptimierung auf verschiedenen Ebenen. Aus der Nutzungseinheit über die Community ins umgebende Energiesystem.
Ergebnisse
Erste Auswertungen im Demonstrationsquartier Harsefeld zeigen, dass gemeinschaftliche Energienutzung (»Energy Sharing«) die Eigenversorgung deutlich erhöht und den Strombezug aus dem Netz spürbar reduziert, was zu einer geringeren Netzabhängigkeit im Quartier führt.
Energienutzung Sommer
Durch die gemeinschaftliche Nutzung der Photovoltaik-Überschüsse steigt der Eigenverbrauch im Quartier deutlich, während der Netzbezug merklich sinkt. Das Quartier nutzt damit im Sommer einen größeren Anteil seiner lokal erzeugten Energie selbst und wird spürbar unabhängiger vom übergeordneten Stromnetz.
Links: PV-Nutzung | Rechts: Lastdeckung.
Energienutzung Winter
Trotz geringerer Sonneneinstrahlung im Winter ermöglicht die Energiegemeinschaft einen deutlich höheren Eigenversorgungsanteil und reduziert den Netzbezug. So bleibt das Quartier auch in der Heizsaison stärker selbstversorgend und leistet einen Beitrag zur netzdienlichen und klimafreundlichen Energieversorgung.
Links: PV-Nutzung | Rechts: Lastdeckung.
Förderung
Das Projekt »EnQuaFlex« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.
