Ziel von EnOptI ist es, durch ein optimiertes Lastmanagement die Einschränkungen durch die netzseitig begrenzte Leistungskapazität des Netzanschlusspunkts von Gebäuden zu beseitigen und dabei gleichzeitig energetische Mehrwerte zu schaffen.
EnOptI
Das Projekt EnOptI zielt darauf ab, die Nachhaltigkeit von Gebäuden durch eine Reduzierung des Primärenergieeinsatzes, eine verbesserte Energieeffizienz und Flexibilität im Energienetz zu steigern. Im Fokus stehen die Klimatechnik sowie Großverbraucher wie Wäscherei und Küche, die zusammen einen erheblichen Teil des Energieverbrauchs ausmachen. Durch die Digitalisierung der Gebäudeenergienetze und den Einsatz von KI-basierten Prognosen sollen Einsparpotenziale erschlossen und der Energieverbrauch flexibel an die jeweilige Verfügbarkeit angepasst werden. Ziel ist es, den Eigenverbrauch zu maximieren, Lastspitzen zu kappen und das Gebäude als aktiven Bestandteil des Energienetzes der Zukunft zu etablieren. Zudem soll das Projekt ermöglichen, die durch den Netzanschlusspunkt begrenzte Energie auch bei steigenden Lasten optimal zu nutzen, um Netzengpässe zu vermeiden. Das Projekt wird in einem Hotelkompetenzzentrum getestet und ist auf verschiedene Gebäudetypen übertragbar.
Leistungen des August-Wilhelm Scheer Instituts
Unser Ziel im Projekt stellt die Konzeption und Entwicklung der digitalen Energienetze – Smart Nets – dar. Hierzu werden intelligente Algorithmen zur Geräteidentifikation sowie zur Erstellung von Geräteenergiefahrplänen und deren Optimierung entwickelt. Das August-Wilhelm Scheer Institut übernimmt zudem die Projektleitung und strebt die Erstellung wissenschaftlicher Publikationen sowie die Teilnahme an Konferenzen und Messen zum Verbreiten der erzielten Projektergebnisse an.
Ziel: Erstellung einer umfangreichen Anforderungsanalyse sowie Konzeption des Gesamtsystems.
Aufgaben des Instituts:
Das Institut begleitet die Workshops zur Anforderungsanalyse, innerhalb welcher ein initialer Anforderungskatalog für das Gesamtsystem als auch die Teilsysteme im Projekt entwickelt werden.
Ergebnisse: Anforderungsanalyse, Dokumentation des Systemdesigns und der Schnittstellen
Ziel: Erweiterung der bestehenden Funktionen der Klimatechnik durch eine optimierte, ganzheitliche Steuerung unter Verwendung von Prognosen hinsichtlich verschiedener Dimensionen wie beispielsweise Verschiebung von Wärme- und Kältebedarf in Räumen, Wetterdaten und damit zusammenhängend der Wirkungsgrad der Klimatechnik zur Aktivierung und Realisierung von Primärenergie-Einsparpotentialen.
Aufgaben des Instituts:
Das Institut ist hier bei der Berücksichtigung der Auswirkungen dieser Einsparpotentiale in den ganzheitlichen Gebäude-/Bereichskontext involviert.
Ergebnisse: Bedarfs- und wetterbasierte, automatisierte Steuerung der Klimatisierung zwecks minimierten Primärenergieeinsatz
Ziel: Erweiterung der bestehenden Funktionen der betrachteten Industriegeräte von Miele, MKN und Mitsubishi Electric, sodass diese selbstständig ihre Flexibilitäten ermitteln, diese mit dem übergeordneten Smart Net kommunizieren sowie möglichst feingranular angesteuert werden können. Durch diese Flexibilisierung der Energieverbräuche können Lastspitzen reduziert werden. Zudem wir eine Verlagerung des Energieverbrauchs in Zeiten von eigener EE-Erzeugung und/oder günstigen Netzsituationen ermöglicht.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut maßgeblich bei der Anforderungsanalyse bzgl. der Kommunikation der prognostizierten Geräteflexibilitäten und der Schnittstellenentwicklung zu den Managementsystemen beteiligt.
Ergebnisse:
• Industriegeräte mit intelligenten Last- inkl. Flexibilitätsprognosen
• Schnittstellen zur Ansteuerung der Geräte durch Smart Nets
• Erweiterung der Geräteflexibilitäten durch möglichst feine Schaltoptionen
Ziel: Erweiterung des physischen Gebäudeenergienetzes um Smart Nets: Flexible Zuordnung der Geräte gemäß der Nutzeranforderungen zu den einzelnen Smart Nets.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut übernimmt die Leitung. Das Arbeitspaket dient der Konzeption und Entwicklung der Smart Nets. Es wird eine Methodik zur eindeutigen Identifikation und Zuordnung der Verbraucher zu den Smart Nets entwickelt und technisch realisiert. Zudem werden Algorithmen zur Erstellung von optimierten Bereichs-Energiefahrplänen auf Basis der kommunizierten Geräteflexibilitäten als auch Geräte-Steuerungsmöglichkeiten entwickelt.
Ergebnis:
• Methode zur Identifikation und Zuordnung der Geräte zu Smart Nets
• Funktionsfähiges SaaS-Tool zum Management der Geräte in Smart Nets
Ziel: Installation des EMS im Hotelkompetenzzentrum und Erweiterung des EMS um intelligente Funktionalitäten, welche auf Basis der Verbrauchsprognosen aus den Smart Nets einen Gesamtenergiefahrplan ermitteln, diesen gemäß der Priorisierung optimieren sowie den Smart Nets kommunizieren kann. Zudem sollen zeitlich variierende Anforderungen von Seiten der lokalen Netzbetreiber in Hinblick auf den Netzbezug berücksichtigt werden können.
Leistungen des Instituts:
In diesem Schritt wird das übergeordnete, intelligente EMS entwickelt. Hierbei ist das August-Wilhelm Scheer Institut maßgeblich bei der Schnittstellenentwicklung zwischen dem EMS und den unterlagerten Smart Nets beteiligt. Zudem ist das Institut an der Festlegung einer Logik zur flexiblen Priorisierung der einzelnen Smart Nets involviert.
Ergebnisse:
• Aggregation und Optimierung des Gesamtenergiefahrplans
• Schnittstelle zur Smart Net-Kommunikation
• Integriertes, funktionsfähiges Gesamtsystem
Ziel: Bewertung des Gesamtsystems hinsichtlich Funktionalitäten, Performance und Kunden- sowie Nutzerakzeptanz. Entwicklung von neuen Geschäftsmodellen zur wirtschaftlichen Verwertung und optimierten Einsatzszenarien.
Leistungen des Instituts:
In AP6 erfolgt die Evaluation des Gesamtsystems sowie die Entwicklung neuer, innovativer Geschäftsmodelle. Das August-Wilhelm Scheer Institut forscht hierbei gemeinsam mit den beteiligten Partnern an der Robustheit sowie Einsatzszenarien des Gesamtsystem und der einzelnen Bestandteile.
Ergebnisse:
• Ausgewählte Geschäftsmodelle und Business-Cases
• Evaluation des Gesamtsystems
Ziel: Die Gesamtkoordination des Vorhabens und Sicherstellung des wissenschaftlich-technischen Fortschritts in Zusammenhang mit den finanziellen Aspekten des Projekts. Administrative Projektaufgaben und Partnerkommunikation sowie Zusammenarbeit mit anderen Projekten. Dissemination der Ergebnisse und Öffentlichkeitsarbeit.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut übernimmt federführend die projektinterne sowie externe Kommunikation, Dokumentation und Dissemination.
Ergebnisse:
• Externe Präsentation des Projektes, Projektberichte und -ergebnisse, Koordination von regelmäßigen Projektmeetings
- Arbeitspaket 1
Ziel: Erstellung einer umfangreichen Anforderungsanalyse sowie Konzeption des Gesamtsystems.
Aufgaben des Instituts:
Das Institut begleitet die Workshops zur Anforderungsanalyse, innerhalb welcher ein initialer Anforderungskatalog für das Gesamtsystem als auch die Teilsysteme im Projekt entwickelt werden.Ergebnisse: Anforderungsanalyse, Dokumentation des Systemdesigns und der Schnittstellen
- Arbeitspaket 2
Ziel: Erweiterung der bestehenden Funktionen der Klimatechnik durch eine optimierte, ganzheitliche Steuerung unter Verwendung von Prognosen hinsichtlich verschiedener Dimensionen wie beispielsweise Verschiebung von Wärme- und Kältebedarf in Räumen, Wetterdaten und damit zusammenhängend der Wirkungsgrad der Klimatechnik zur Aktivierung und Realisierung von Primärenergie-Einsparpotentialen.
Aufgaben des Instituts:
Das Institut ist hier bei der Berücksichtigung der Auswirkungen dieser Einsparpotentiale in den ganzheitlichen Gebäude-/Bereichskontext involviert.Ergebnisse: Bedarfs- und wetterbasierte, automatisierte Steuerung der Klimatisierung zwecks minimierten Primärenergieeinsatz
- Arbeitspaket 3
Ziel: Erweiterung der bestehenden Funktionen der betrachteten Industriegeräte von Miele, MKN und Mitsubishi Electric, sodass diese selbstständig ihre Flexibilitäten ermitteln, diese mit dem übergeordneten Smart Net kommunizieren sowie möglichst feingranular angesteuert werden können. Durch diese Flexibilisierung der Energieverbräuche können Lastspitzen reduziert werden. Zudem wir eine Verlagerung des Energieverbrauchs in Zeiten von eigener EE-Erzeugung und/oder günstigen Netzsituationen ermöglicht.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut maßgeblich bei der Anforderungsanalyse bzgl. der Kommunikation der prognostizierten Geräteflexibilitäten und der Schnittstellenentwicklung zu den Managementsystemen beteiligt.Ergebnisse:
• Industriegeräte mit intelligenten Last- inkl. Flexibilitätsprognosen
• Schnittstellen zur Ansteuerung der Geräte durch Smart Nets
• Erweiterung der Geräteflexibilitäten durch möglichst feine Schaltoptionen- Arbeitspaket 4
Ziel: Erweiterung des physischen Gebäudeenergienetzes um Smart Nets: Flexible Zuordnung der Geräte gemäß der Nutzeranforderungen zu den einzelnen Smart Nets.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut übernimmt die Leitung. Das Arbeitspaket dient der Konzeption und Entwicklung der Smart Nets. Es wird eine Methodik zur eindeutigen Identifikation und Zuordnung der Verbraucher zu den Smart Nets entwickelt und technisch realisiert. Zudem werden Algorithmen zur Erstellung von optimierten Bereichs-Energiefahrplänen auf Basis der kommunizierten Geräteflexibilitäten als auch Geräte-Steuerungsmöglichkeiten entwickelt.Ergebnis:
• Methode zur Identifikation und Zuordnung der Geräte zu Smart Nets
• Funktionsfähiges SaaS-Tool zum Management der Geräte in Smart Nets- Arbeitspaket 5
Ziel: Installation des EMS im Hotelkompetenzzentrum und Erweiterung des EMS um intelligente Funktionalitäten, welche auf Basis der Verbrauchsprognosen aus den Smart Nets einen Gesamtenergiefahrplan ermitteln, diesen gemäß der Priorisierung optimieren sowie den Smart Nets kommunizieren kann. Zudem sollen zeitlich variierende Anforderungen von Seiten der lokalen Netzbetreiber in Hinblick auf den Netzbezug berücksichtigt werden können.
Leistungen des Instituts:
In diesem Schritt wird das übergeordnete, intelligente EMS entwickelt. Hierbei ist das August-Wilhelm Scheer Institut maßgeblich bei der Schnittstellenentwicklung zwischen dem EMS und den unterlagerten Smart Nets beteiligt. Zudem ist das Institut an der Festlegung einer Logik zur flexiblen Priorisierung der einzelnen Smart Nets involviert.Ergebnisse:
• Aggregation und Optimierung des Gesamtenergiefahrplans
• Schnittstelle zur Smart Net-Kommunikation
• Integriertes, funktionsfähiges Gesamtsystem- Arbeitspaket 6
Ziel: Bewertung des Gesamtsystems hinsichtlich Funktionalitäten, Performance und Kunden- sowie Nutzerakzeptanz. Entwicklung von neuen Geschäftsmodellen zur wirtschaftlichen Verwertung und optimierten Einsatzszenarien.
Leistungen des Instituts:
In AP6 erfolgt die Evaluation des Gesamtsystems sowie die Entwicklung neuer, innovativer Geschäftsmodelle. Das August-Wilhelm Scheer Institut forscht hierbei gemeinsam mit den beteiligten Partnern an der Robustheit sowie Einsatzszenarien des Gesamtsystem und der einzelnen Bestandteile.Ergebnisse:
• Ausgewählte Geschäftsmodelle und Business-Cases
• Evaluation des Gesamtsystems- Arbeitspaket 7
Ziel: Die Gesamtkoordination des Vorhabens und Sicherstellung des wissenschaftlich-technischen Fortschritts in Zusammenhang mit den finanziellen Aspekten des Projekts. Administrative Projektaufgaben und Partnerkommunikation sowie Zusammenarbeit mit anderen Projekten. Dissemination der Ergebnisse und Öffentlichkeitsarbeit.
Leistungen des Instituts:
Das August-Wilhelm Scheer Institut übernimmt federführend die projektinterne sowie externe Kommunikation, Dokumentation und Dissemination.Ergebnisse:
• Externe Präsentation des Projektes, Projektberichte und -ergebnisse, Koordination von regelmäßigen Projektmeetings
Ausgangssituation
Die Umsetzung der internationalen, europäischen und nationalen Klimaziele wird die Energieerzeugung und den -verbrauch in Deutschland nachhaltig verändern. Die geforderte Ablösung konventioneller Energieerzeugungsquellen durch erneuerbare Alternativen gestaltet die Energieproduktion zunehmend volatil. Dem gegenüber steht eine erhöhte Netzbelastung durch neue Großverbraucher und eine allgemeine Elektrifizierung. Der dadurch zunehmende Bedarf nach dem Heben von Energieeinsparpotentialen auf der einen Seite und der Harmonisierung von Energieerzeugung und -verbrauch auf der anderen Seite, erstreckt sich von Privathaushalten über die Industrie und öffentliche Gebäude bis in das Dienstleistungsgewerbe. Bereits ohne die zukünftigen Herausforderungen sehen sich viele Betriebe heute mit einem für ihre Leistungsansprüche unzureichend ausgelegten Netzanschluss konfrontiert. Die Konsequenzen sind entweder durch den Netzbetreiber erzwungene Kappungen oder eine nicht optimierte Energienutzung, meist verbunden mit wirtschaftlichen Einbußen und vermeidbarem Personalaufwand aufgrund manueller Eingriffe. Die Lage wird sich unter der zukünftig fluktuierenden Energieerzeugung und der Last neuer Großverbraucher weiter verschärfen. Als Mitigation werden hier traditionell der kostenintensive Netzausbau bzw. die Vergrößerung der Leistungskapazität des Netzanschlusspunkts der betroffenen Gebäude gesehen. Auch durch Outsourcing energieintensiver Aufgaben, wie bspw. Wäscherei oder Großküche in Hotels oder Pflegeeinrichtungen, lassen sich Leistungsspitzen verlagern. Mit diesem Lösungsansatz verlieren Betriebe allerdings sowohl an Flexibilität als auch an Qualitätskontrolle.
- Erhöhte Netzbelastung durch neue Großverbraucher
- Erzwungene Leistungskappung & suboptimale Energienutzung
- Netzanschluss auf Leistungsansprüche ausgerichtet
- Wirtschaftliche Einbußen & kostenintensiver Netzausbau
Lösungsansatz
Was?
Der Lösungsansatz von EnOptI besteht aus drei Stufen:
- Energiemanagementsystem (EMS) auf oberster Ebene: Ein übergeordnetes Energiemanagementsystem zielt darauf ab, den Energiebedarf des Gebäudes mit der verfügbaren Energie in Einklang zu bringen. Dazu erstellt es einen Gebäudeenergiefahrplan, der sicherstellt, dass die Netzanschlusskapazität nicht überschritten wird. Dieser Fahrplan berücksichtigt sowohl die interne Energieerzeugung als auch Steuerungsbefehle des Netzbetreibers und passt sich flexibel an veränderte Netzbedingungen an. Effizienzmaßnahmen wie prädiktives Temperieren und geschlossene Wärmeströme werden implementiert, um den Energieverbrauch der Großverbraucher zu senken.
- Smart Nets mit KI-basierter Priorisierung: Die zweite Stufe betrifft die Optimierung der Smart Nets, die verschiedene Gebäudezonen und Energieverbraucher steuern. Das EMS erstellt individuelle Energiefahrpläne für diese Smart Nets. Hierbei werden KI-basierte Methoden genutzt, um die Energieverteilung optimiert und flexibel an die jeweilige Priorität anzupassen. So wird beispielsweise die Energieversorgung der Küchengeräte an Essenszeiten gekoppelt. Dabei wird auch die Auswirkung auf Arbeitsabläufe und Mitarbeiteraktivitäten berücksichtigt, um eine ganzheitliche Lösung zu schaffen.
- Intelligente Gerätekommunikation auf der untersten Ebene: Auf der dritten Stufe befinden sich die Geräte selbst, die mit intelligenter Technologie und Kommunikationsschnittstellen ausgestattet werden. Diese Geräte müssen ihren Lastverlauf sowie ihre Flexibilitätsspielräume prognostizieren und diese Informationen an das Smart Net weitergeben. Dadurch kann das EMS die Energieverteilung optimieren sowie nicht benötigte Verbraucher und Anomalien erkennen. Diese dezentrale Intelligenz in den Geräten sorgt für Modularität und Einfachheit des Gesamtsystems.
Der modulare Aufbau des Managementsystems – EMS- und Smart Net-Management – ermöglicht eine effiziente, flexible und transparente Energieverwaltung im Gebäude, die sich auch auf andere Gebäudetypen übertragen lässt.
FÖRDERHINWEIS
Das Projekt EnOptI ist gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.
Förderkennzeichen: 03EN1093A
Laufzeit: 01.10.2024-30.09.2027