Praxisnahe Entwicklung und Erprobung eines intelligenten Optimierungs- und Regelungsverfahrens für ein multivariantes Niedertemperatur-Nahwärmesystem mit hohem erneuerbaren Energieanteil und mehreren Wärme-/Stromerzeugern
Ansprechpartner: Jonas Gottschald
Laufzeit: Dezember 2018 – Januar 2024
Fördergeber: öffentlich finanziert vom BMWK
Partner: Stadtwerke Kempen
Kurzbeschreibung:
Die Wärmeversorgung der Zukunft wird sich ebenso wie die Stromversorgung durch einen steigenden Anteil erneuerbarer Energien auszeichnen. Aufgrund der Fluktuation erneuerbarer Energien wegen wechselnder Wetterverhältnisse ist eine hohe Flexibilität gefragt. Genau diese Flexibilität wird im Forschungsprojekt BestHeatNet erprobt. Die Wärmeversorgung für das geplante Quartier „Auf dem Zanger“ in Kempen mit rund 100 Wohneinheiten wird hierfür für 5 Jahre zum Reallabor. Solarthermie, PowerToHeat mit Wärmepumpe und Elektroheizstab, Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK), ein Spitzenlastkessel und eine Photovoltaik-Anlage mit Batterie produzieren zukünftig benötigte Wärme und Strom aus unterschiedlichen Energiequellen. Der Anteil erneuerbarer Energien aus lokaler Produktion soll rund 30% betragen und ließe sich durch Bezug von Biogas und Ökostrom weiter steigern.
Das Forschungsziel besteht in der Entwicklung eines intelligenten Optimierungs- und Regelungsverfahrens. Dieses schaltet, unter sich ständig ändernden Randbedingungen, zu jeder Zeit den passenden Wärmeerzeuger ein. Ändert sich das Wetter, der Strompreis oder der Wärmebedarf, muss das System geeignet reagieren. Dafür sind die Geräte untereinander vernetzt: Bei hohem Strompreis läuft z.B. die KWK-Anlage und dessen Strom wird entweder ins Netz eingespeist oder zum Antrieb der Wärmepumpe verwendet. Bei niedrigen Strompreisen bezieht die Wärmepumpe Strom aus dem Netz und die KWK-Anlage steht still. Dies wirkt zudem stabilisierend auf das Stromnetz. Der Clou ist die Nutzung neuronaler Netze, also künstlicher Intelligenz, in einem solchen System. Die Regelung ist selbstlernend und erkennt z.B. Zeiten hohen und niedrigen Wärmeverbrauchs und sich änderndes Nutzerverhalten. Es greift unter anderem auf Wetterprognosen zu und kann dadurch die solare Wärmeproduktion stundengenau voraussagen. So kann jederzeit die kosten- oder energieeffizienteste Betriebsstrategie gefahren werden.
Das intelligente Nahwärmenetz „Auf dem Zanger“ ist Blaupause für bereits geplante, größere Wärmenetze in Kempen.
Downloads:
Tagungsbeitrag Geothermiekongress 2019
Posterbeitrag Geothermiekongress 2019
Tagungsbeitrag Fachkonferenz Digitalisieren - Sektoren koppeln - Flexilisieren
Posterbeitrag Fachkonferenz Digitalisieren - Sektoren koppeln - Flexilisieren
Journalbeitrag energies 2020 - Predicitve Control of District Heating System Using Multi-Stage Nonlinear Approximation with Selective Memory - DOI: 10.3390/en1326714
Journalbeitrag hn21 - Lernende Algorithmen: Künstliche Intelligenz für Wärmenetze - s. Seite 8
Veröffentlichungen:
