Halbzeit bei der Projektphase „ASCR 2023“. Elektrische Netze, Gebäudetechnik und E-Mobilität im gemeinsamen Testbetrieb.
Die Energieversorgung ist eine der zentralen Herausforderungen für die Städte der Zukunft. Wichtige Forschung in diesem Bereich leistet die Aspern Smart City Research GmbH am Standort Seestadt Aspern. Zur Halbzeit der aktuellen zweiten Programmphase „ASCR 2023“ zieht die Forschungsgesellschaft eine Zwischenbilanz und gibt Ausblicke auf Potenziale für die Zukunft.
Die Aspern Smart City Research (ASCR) wurde von Siemens Österreich, Wien Energie, Wiener Netze, Wirtschaftsagentur Wien und Wien 3420 ins Leben gerufen und forscht seit 2013 mit Echtdaten aus dem Stadtentwicklungsgebiet der Seestadt Aspern an Lösungen für die Energiezukunft im urbanen Raum.
In der aktuellen Projektphase „ASCR 2023“ widmet sich ein interdisziplinäres Team aus rund 100 Forschern insgesamt 17 Use Cases. Konkretes Ziel ist dabei, die Energieerzeugung, deren Verteilung, Speicherung und nicht zuletzt den Verbrauch so zu optimieren, dass daraus ökologische wie ökonomische Vorteile entstehen. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei unter anderem dem vernetzten Management von Strom- und Wärmeproduktion und deren Speicherung, den Anforderungen der Elektromobilität auf die Verteilnetze sowie der Entwicklung von technischen Lösungen für einen effizienten Gebäudebetrieb.
Siemens-Österreich-Generaldirektor Wolfgang Hesoun: „Mit den Erkenntnissen aus unserer gemeinsamen Forschung entwickeln wir neue und vor allem passgenaue Applikationen für intelligente Stromnetze und Gebäudetechnik. Das Ergebnis: wirtschaftliche und skalierbare Gesamtlösungen, die mittlerweile auch über österreichische Grenzen hinaus Anwendung finden.“
In Aspern steht das System als Ganzes im Zentrum der Forschung. Besonders die frühzeitige Einbindung der Nutzer durch sozialwissenschaftliche Begleitung der Forschung ist ein maßgeblicher Erfolgsfaktor. „Waren Gebäude früher reine Konsumenten von Energie, können sie heute Energie speichern und sogar produzieren. Das eröffnet gänzlich neue Nutzungsperspektiven“, sagt Robert Grüneis, Geschäftsführer der ASCR: „Wir haben dazu ein Building Energy Management System (BEMS) entwickelt und eingeführt, das mittels Sensorik und Daten aus Gebäude und externen Quellen wie zum Beispiel dem Wetterbericht erlaubt, in die Zukunft zu blicken. So kann automatisiert der Eigenverbrauch optimiert werden, um CO2-Ausstoß und Belastung des Stromnetzes zu reduzieren.“
In der aktuellen Forschungsphase „ASCR 2023“ stehen nun zudem die Nutzung des Gebäudes als Energiespeicher sowie der Einsatz von BEMS als Schnittstelle zwischen Gebäude und externen Energiediensten zur künftigen Anwendung in einem verteilten Energiesystem im Mittelpunkt. Denn mit Verabschiedung des Erneuerbaren-Ausbau-Gesetzes sind die gemeinschaftliche Produktion und Vermarktung von selbst erzeugtem Ökostrom als ein Schlüsselelement der klimafreundlichen Energieversorgung möglich.
In der ASCR werden dazu die Gründung und der Betrieb solcher „Energy Communities“ in einzelnen Gebäuden sowie darüber hinaus erprobt. Dabei steht vor allem das erhebliche Potenzial in puncto Versorgungssicherheit im Fokus der Aufmerksamkeit: Hier wird künftig erforscht, wie produzierende Gebäude zu virtuellen Kraftwerken werden und kurzfristig netzdienliche Flexibilitäten bereitstellen können.
Die E-Mobilität ist ein essenzieller Bestandteil der Mobilitätswende, doch es bedarf intelligenter Ladestrategien, die die elektrische Last steuerbar machen. Im Forschungsschwerpunkt „Netzorientiertes Laden“ wird erprobt, wie produzierende Gebäude in Kombination mit steuerbaren Elektromobilitätslasten den zunehmenden Strombedarf abfedern und genau dann abdecken können, wenn die Kunden die Energie tatsächlich brauchen.
Die dazu eingerichtete intelligente Ladeinfrastruktur steht unter anderem mit dem BEMS des Gebäudes sowie einem „Micro Grid“-Netz-Controller im Austausch. So werden in der Berechnung der optimalen Ladestrategie neben Benutzeranforderungen wie Ladezeitraum, Fahrzeugtype und Ladestatus auch aktuelle Netzparameter sowie zum Beispiel Wetterprognosen für die Energieproduktion der PV-Anlage berücksichtigt. Ein Batteriespeicher ermöglicht zudem, die elektrische Energie zu puffern, um Spitzen im Energieverbrauch auszugleichen und die Netzresilienz zu erhöhen. In zukünftigen Schritten sollen auch die Fahrzeugakkus als Speicher dienen. Michael Strebl, Geschäftsführer Wien Energie GmbH: „Smart Charging ist die nutzer- und netzfreundlichste Lösung und ermöglicht uns die Maximierung von Ladeleistung unter Berücksichtigung hoher Leistungsspitzen.“ Um Innovationen wie „Energy Communities“ oder netzorientiertes Laden realisieren zu können, braucht es eine Weiterentwicklung der bestehenden Verteilnetze. Im Rahmen der ASCR werden die Anforderungen an das Energienetz von übermorgen daher schon erprobt: Die Kommunikation zwischen Erzeugung, Speichern und Verbrauch muss rasch und kosteneffizient laufen sowie in beide Richtungen funktionieren. Zudem muss das Netz vor Überlastung geschützt werden, etwa durch Berechnungen, wann Photovoltaikanlagen viel Last einspeisen.
Ein vielversprechendes Werkzeug, das als Teil des Schwerpunkts „Netzorientiertes Laden“ erstmalig zum Einsatz kam, ist der „City Graph“. Das von Siemens und Microsoft in Zusammenarbeit mit Wiener Netze und ASCR entwickelte Datenmodell ermöglicht dem Netzbetreiber schon im Vorfeld, zu wissen, wo und wann die nächsten Lastspitzen durch Elektromobilität zu erwarten sind. Dadurch können Aktionen wie etwa die Aktivierung von dezentralen Stromspeichern vorausschauend durchgeführt und mögliche Überlastungen vermieden werden.
Bereits jetzt liefern zahlreiche Sensoren laufend Messwerte aus den Gebäuden der ASCR. Im von der Wirtschaftsagentur Wien betriebenen Technologiezentrum 2 erforscht die ASCR den Einsatz von Building Information Modeling (BIM) – die digitale Erfassung aller Bauwerksdaten und Komponenten in Form eines während der Bauphase erstellten digitalen Gebäudezwillings. Die rund um die Uhr verfügbaren Livedaten bieten genaue Informationen über den Zustand der verbauten Technik, wodurch sich ein um zehn Prozent effizienterer Gebäudebetrieb und ein um 30 Prozent effizienteres Alarmmanagement ermöglichen lassen. Auf Basis der vorhandenen Daten wird zudem Smart Maintenance – vorausschauende Wartung – vorangetrieben.
Im Rahmen des aktuell in Planung befindlichen Technologiezentrum 3 der Wirtschaftsagentur Wien erprobt die ASCR die digitale Inbetriebnahme von Gebäudetechnik – also die Installation und Einrichtung von Gewerken wie Heizungstechnik im digitalen Zwilling des noch in Planung befindlichen Gebäudes. So werden Kompatibilität und Zusammenspiel der Komponenten bereits vor Start der Bauphase digital geprüft und potenziell teure Fehlplanungen frühzeitig erkannt.
Salzburger Nachrichten
