Ausgangssituation/Motivation

In den Bemühungen urbane Energiesysteme umweltfreundlicher und gleichzeitig kosteneffizienter zu gestalten konnte in den vergangenen Jahrzehnten durch verbesserte Gebäudehüllen und die Einbeziehung regenerativer Energieträger ein großes Einsparungspotential aufgezeigt werden. Im Gegensatz dazu wurde die Gestaltung des Zusammenspiels der Energiesysteme der einzelnen Gebäude, auf der Ebene ganzer Stadtquartiere, bisher erst in Anfängen untersucht.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Projekt ÖKO-OPT-AKTIV zielt darauf ab, die Regelung der Energiesysteme ganzer Stadtquartiere zu verbessern. Durch ein optimiertes Zusammenspiel der gebäude-eigenen Subsysteme, die Einbeziehung volatiler regenerativer Energieträger und durch zentrale Speicherbewirtschaftung können sowohl ökonomische als auch ökologische Verbesserungspotentiale aktiviert werden.

Methodische Vorgehensweise

Anhand einer zum Projekt parallel laufenden, Entwicklung des Energiesystems eines zukünftigen Stadtquartiers in Graz-Reininghaus wird eine adaptive modellprädiktive Regelung für die Energieversorgung von zukünftigen Stadtquartieren erarbeitet. Die im vorangegangenen Projekt ÖKO-OPT-QUART entwickelte modellprädiktive Regelung der Energiezentrale wird um die Kommunikation mit den in den Einzelgebäuden zu implementierenden Regelungen ergänzt und zu einem umfassenden, selbstlernenden regelungstechnischen Gesamtkonzept des gesamten Stadtteils erweitert. Die Einzelgebäude werden über thermisch aktivierte Bauteile beheizt und gekühlt und über einen zentralen Wärmespeicher durch Grundwasserwärmepumpen und ein Niedertemperatur-Nahwärmenetz sowie Kältenetz versorgt. Ergänzend unterstützt ein urbanes photovoltaisches Kraftwerk die Versorgung mit elektrischer Energie. Die Entwicklungen und Analysen werden anhand detaillierter thermo-elektrischer Simulationsmodelle durchgeführt, wobei die Modellierung der thermischen Bauteilaktivierung auf den Ergebnissen des Projektes solSPONGEhigh beruht.

Die adaptive, modellprädiktive Regelung wird unerwarteten klimatischen Bedingungen, gebäudetechnischen Ausfällen und Kostensprüngen unterworfen, um ihre Robustheit zu testen und ihre Praxistauglichkeit weiterzuentwickeln.

Erwartete Ergebnisse

Das Ergebnis ist eine adaptive, modellprädiktive Regelung, die durch die optimale Bewirtschaftung der zentralen Energiespeicher und der thermisch aktivierten Gebäude einen resilienten und kosten- bzw. emissionsminimierten Betrieb des Gesamtenergiesystems eines Stadtquartiers gewährleistet.