Hintergrund
Die gegenwärtige Energieinfrastruktur entwickelt sich zunehmend hin zu einem interdependenten Smart Energy System. Beispielsweise findet durch Sektorkopplung mittels geeigneter Technologie eine Verknüpfung bisher getrennter Bereiche wie etwa Strom und Wärme statt . In diesem Zusammenhang Bedarf es geeigneter Modellierungsansätze, um Wechselwirkungen verschiedener Subsysteme in dem übergeordneten Energiesystem als auch ganze Regionen durch sogenannte „Urban Building Energy Modelling“ (kurz UBEM) Ansätze untersuchen zu können.
Das Forschungsteam im JRZ DeESoS hat in diesem Zusammenhang in diversen Publikationen Mög-lichkeiten zur Modellierung solch komplexer (Energie-)Systeme und insbesondere von Smart Grids untersucht und Methoden dafür entwickelt, wie beispielsweise durch Co-Simulation ein Konnex von bisher getrennten Themenbereichen und Simulationen stattfinden kann.
Das Forschungsteam im ZAB wiederum besitzt Expertise in der detaillierten, dynamischen und physi-kalischen Simulation von Gebäuden und in weiterer Folge ganzen Gebieten und Städten und kann di-verse Publikationen im Bereich der Modellierung von Gebäuden und gebäudetechnischen Systemen vorweisen. Die geschilderte zunehmende Komplexität und Interkonnektivität der Energiesysteme er-fordern den interdisziplinären Austausch von Expertise, um eine ganzheitliche Betrachtung zu ermögli-chen.
Die beiden Kernthemen aus den Departments Design and Green Engineering (ED) und Information Technologies and Digitalisation (IT) stellen dabei eine hervorragende Möglichkeit zur Kooperation und Ergänzung der bestehenden Expertise und dadurch Weiterentwicklung der vorhandenen Kernkompetenzen dar. In gegenständlichem Forschungsvorhaben soll eine Verknüpfung der Modellierungsansätze für Smart Grids und der detaillierten dynamischen Simulation von Gebäuden und Städten und dadurch eine Energielastprofilbildung stattfinden. Solche Methoden begünstigen europäische und nationale Bestrebungen zur Dekarbonisierung und Optimierung der Energieversorgung und stellen einen auf andere Regionen und Länder übertragbaren Ansatz dar.
Projektziel
Die geschilderte Ausgangssituation verdeutlicht die zukünftigen Herausforderungen unserer Energie-systeme wie etwa die zunehmende Komplexität und Interkonnektivität bisher getrennter Bereiche und Sektoren. Dadurch wird die interdisziplinäre Zusammenarbeit über Systemgrenzen hinweg unabding-bar, wenn geeignete und zukunftsfähige Lösungen geschaffen werden sollten. Die beiden Departments ED und IT haben im JRZ DeESoS bzw. im ZAB Expertise bei der Modellierung von Smart Grids bzw. bei der detaillierten und dynamischen Simulation von Gebäuden und Städten aufgebaut. Überge-ordnetes Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, diese beiden Betrachtungsweisen und Methoden miteinander zu verknüpfen, und dadurch eine ganzheitliche Betrachtung der Energiesysteme und -flüsse zu ermöglichen.
Im Speziellen sollen die jeweiligen Kompetenzen in Form einer Co-Simulation verbunden werden. Dies beinhaltet einerseits die Verknüpfung der bestehenden Modelle, aber auch die Skalierung und Vereinfachung in ein gemeinsam nutzbares Gesamtmodell. Dieses soll speziell mittels gemeinsam identifizierten Schlüsselparameter eine Basis für die Beantwortung zukünftiger Fragstellungen dienen und eine holistische Betrachtung über die bisherigen individuellen Systemgrenzen schaffen. Dabei können sollen sich die Forschungsbereiche in idealer Weise durch die jeweilige Expertise ergänzen und die zunehmend resultierenden interdisziplinären Fragestellungen dadurch gemeinsam beantworten.
Es ergeben sich folgende Zielsetzungen:
> (Weiter-)Entwicklung der Kernkompetenzen bei der Modellierung von Smart Grids sowie von Gebäuden und Städten bzw. Smart Cities
> Verknüpfung der bestehenden Methoden zur Ermöglichung einer ganzheitlichen Betrach-tungsweise – Wärme und Elektrizität (Verschränkung Smart Grid Modellen mit UBEM Model-len)
> Austausch von Kernkompetenzen in der Modellierung von Systemen
> Entwicklung und Stärkung der Kooperation von ED und IT (bzw. der beiden Forschungszen-tren ZAB und dem JRZ DeESoS)
> (Über-)Regionale Vorreiterrolle in der digitalen Modellierung der Energieinfrastruktur von Er-zeugern bis zum Endverbraucher (privat & gewerblich/industriell)
> Schaffen einer gemeinsam nutzbaren Modellstruktur, welche anhand der Abbildung von Sys-temvarianten erprobt und dargestellt wird
Gelingt diese Verknüpfung, so eröffnen sich viele neue Themenfelder und Möglichkeiten zur Beant-wortung bisher nicht behandelbarer Fragestellungen und in nicht dagewesener Tiefe. Die Verknüpfung der beiden Modelle kann zukünftig als Grundlage für die (Weiter-)Entwicklung der Energieinfrastruktur und Beantwortung damit einhergehender Fragestellungen für Energiedienstleister und -erzeuger, Bund, Länder, Gemeinden und sonstigen Stakeholdern dienen sowie für weitere kooperative For-schungsaktivitäten.