Werkzeuge zur Potentialanalyse und Strukturoptimierung von Speichern in regionalen Energiesystemen (GISOPT)

Im Rahmen des Projektes GISOPT werden Werkzeuge zur Bedarfs- und Potenzialanalyse entwickelt, die eine Strukturoptimierung von Speichern in regionalen Energiesystemen unter Berücksichtigung von räumlicher und zeitlicher Variabilität von Energieproduktion und -verbrauch erlauben. Dies führt zu einem besseren Verständnis der räumlichen Ausprägung (lokal und regional) von Energiesystemen und ermöglicht die Kopplung von Werkzeugen zur Energiesystemsimulation mit Geographischen Informationssystemen (GIS), was insbesondere für die Optimierung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil an verteilten Speichern von Bedeutung ist.

Fernwärmenetz der Fallstudie Freiburg Weingarten zur Untersuchung des Einsatzes verteilter Wärmespeicher (schematisch).

Optimierter Kraftwerksbetrieb und Speicherbe- und -entladung (negative gelbe und positive orange Flächen) in stündlicher Auflösung im Vergleich zu EEX-Strompreisen (braune Linie) für eine Frühlingswoche in der Heizzentrale Freiburg Weingarten.

Das Vorhaben gliedert sich in:

(1) Ermittlung von Basisdaten (Energiedaten, Energiesystemstruktur, Geodaten) und Entwicklung von Regionalisierungsverfahren,

(2) Entwicklung von Planungswerkzeugen zur Strukturoptimierung von Speicherkapazitäten auf Basis von räumlichen Bedarfs- und Potenzialanalysen von Strom- und Wärmespeichern,

(3) Prüfung der Eignung dieser Werkzeuge für die Betriebsoptimierung von regionalen Energiesystemen mit hohem Speicheranteil und

(4) Demonstration der Leistungsfähigkeit der entwickelten Werkzeuge am Beispiel zweier Demonstrationsprojekte für Wärmespeicher unter Beteiligung wichtiger Akteursgruppen.

Hinzu kommen die Beschreibung einer Wertschöpfungsarchitektur und eine Markteintrittsstrategie für die zu erwartenden Projektergebnisse.

Grundlage von GISOPT ist die Entwicklung eines strukturierten Datenmodells für eine Energiesystemanalyse in urbanen oder ländlichen Räumen. In der Datenbank werden Informationen zu geographischen Grunddaten, Energieträgern, Energiewandlern, Energiespeichern und –netzen sowie Energielasten strukturiert abgelegt. Es werden sowohl freiverfügbare Daten genutzt als auch Daten von öffentlichen Ämtern und privaten Anbietern käuflich erworben. Die Frage, wie mit den teilweise proprietären Daten umzugehen ist, die eine kommerzielle Nutzung und Weiterverarbeitung erschweren, wird im Projekt bearbeitet.

Das Datenbankmodell ist so beschaffen, dass einerseits attributive Abfragen möglich sind als auch ein räumlicher Bezug hergestellt werden kann. Durch die Ausführung als Geoinformationssystem (GIS) werden Abfragen ermöglicht, die für eine Energiesystemanalyse relevant sind wie z.B. »Wie hoch ist der Wärmeverbrauch in den Wohnhäusern im Stadtgebiet von Freiburg?« (Grafik 1).

Abschließend wird das Datenbankmodell mit dem am Fraunhofer ISE entwickelten räumlichen Strukturoptimerungstool KomMod über eigens entwickelte Schnittstellen gekoppelt. Im Rahmen einer ersten Fallstudie zu verteilten thermischen Energiespeichern in Fernwärmenetzen zum Ausgleich von Netzschwankungen in Freiburg Weingarten werden die GIS-basierten Daten als Eingangsdaten für die Systemoptimierung mit KomMod genutzt. Die Ergebnisse werden zurück in die Datenbank geschrieben und können anschließend georeferenziert ausgewertet und visualisiert werden.