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Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung, Teilvorhaben: I0-3_UPM

Evidenzbasiertes Assessment für die Gestaltung der deutschen Energiewende auf dem Weg zur Klimaneutralität, Teilvorhaben K0-2

Elektrische Integration von Groß-Elektrolysen in das Stromnetz auf Basis einer 100 MW Elektrolyse, HYPOWER - Elektrische Integration von Groß-Elektrolysen in das Stromnetz auf Basis einer 100 MW Elektrolyse. (Unterstützung für H2Giga)

Digitalisiertes Wärmekraftwerk für eine effizientere urbane Fernwärmeversorgung, Teilvorhaben: Entwicklung, Integration und Erprobung eines Digitalisierten Wärmekraftwerks

Im Zuge der Dekarbonisierung der Fernwärmsysteme werden die bisher meist zentralen Strukturen einer Transformation hin zu dezentralen Systemen unterzogen. Fernwärmesysteme werden hierbei bspw. um Großwärmepumpen, solarthermische Erzeuger und kleinere KWK-Anlagen erweitert. Weiter werden niedrige Systemtemperaturen sowie diversifizierte und sektorgekoppelte Erzeugereinheiten angestrebt. Aus dieser Transformation erwachsen für Wärmeversorger und Netzbetreiber neue Herausforderungen wie bspw. der kostenoptimale und flexible Einsatz der unterschiedlichsten Wärmeerzeuger (teilweise mit Kopplung an den Strommarkt), die stärkere Belastung der hydraulischen Systeme durch druck- und temperaturseitig stark dynamisierte bidirektionale Strömungen oder die Bestrebungen der Wärmekunden nach kostengünstigen, umweltfreundlichen und sicheren Wärmeangeboten (einschließlich Trinkwasserhygiene und Lastmanagement). In diesem Kontext führt die Digitalisierung in Kombination mit geeigneter Sensorik zu einer besseren Kenntnis des Wärmebedarfs, einer Zustandserkennung im Wärmenetz sowie einem intelligenten und vorausschauenden Wärmespeicher- und Erzeugermanagement. Das Vorhaben DigiHeat fokussiert auf Ansätze zum zielgerichteten und effizienten Einsatz von Technologien zur Datenübertragung und -verarbeitung im Fernwärmesektor. Es kombiniert hierbei konkrete Digitalisierungsmaßnahmen beteiligten Stadtwerke Gießen, Marburg und Hanau mit der Entwicklung und Praxiserprobung des innovativen Konzepts eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks'. Bei diesem wird die IKT-Systemarchitektur des virtuellen Kraftwerks, wie sie im Stromsektor bereits vielfach Anwendung findet, auf den Anwendungsfall Fernwärme vorgenommen. Der zielgerichtete und effiziente Einsatz von Kommunikationstechnologien und Datenübertragungsstandards soll dazu führen, dass ein Fernwärmesystem mit Erzeugern, Verteilung und Verbrauch möglichst effizient im Sinne eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks' betrieben werden kann.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Aktualisierung der Substitutionseffekte erneuerbarer Energien im deutschen und europäischen Stromsektor und ihrer Auswirkungen auf die Emissionsbilanzierung erneuerbarer Energieträger

a) Zielstellung, fachliche Begründung: Im Rahmen der Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger ermittelt das UBA jährlich die Emissionen Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen, die durch die Nutzung erneuerbarer Energien vermiedenen werden. Zu diesem Zweck wird eine jährlich aktualisierte Analyse der durch erneuerbare Energien verdrängten fossilen Kraftwerke benötigt. Dabei hat eine Verschiebung zwischen verschieden fossilen Energieträgern eine signifikante Wirkung auf das Ergebnis. Mittels der bereits gewonnenen Erkenntnisse aus dem Vorgängerforschungsvorhaben 'SeEIS' (Substitutionseffekte erneuerbarer Energien im Stromsektor) soll eine Aktualisierung der Ergebnisse bewerkstelligt werden, welche die dynamischen Entwicklungen im europäischen Strommarkt abbildet. Ferner soll geprüft werden, inwieweit sich der methodische Ansatz mit Blick auf die EE-Ausbauziele vereinfachen lässt. b) Output: Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Substitutionseffekte erneuerbarer Energien technologiespezifisch (Wind-onshore, -offshore, PV, Wasserkraft, Biomasse (ggf. differenziert) /Geothermie) jeweils für Deutschland und seine Nachbarländer zu untersuchen bzw. zu aktualisieren.

Betriebsoptimierung des Wärmenetzes einschließlich der Nutzung von Strom aus EE und Abwärme aus der Wasserstoffproduktion in Bosbüll

Der Fokus des avisierten Forschungsvorhabens liegt auf der Umsetzung von optimierten Betriebsstrategien mit Hilfe der prädiktiven Regelung mit KI unter Berücksichtigung von technischen, wirtschaftlichen und regulatorisch-rechtlichen Aspekten. Die grundlegenden technischen Aspekte beinhalten dabei die simulationsgestützte Entwicklung einer KI- und prognosebasierten Betriebsführung für das Wärmenetz zur maximalen Nutzung des eigenen lokal erzeugten Stroms aus PV- und Windkraftanlagen und der erlösoptimierten Vermarktung der Residualmengen im Strommarkt. Darüber hinaus sollen die Einbindung von Abwärme aus der Wasserstoffproduktion ins Wärmenetz und die Nutzung von thermischen Speichern (zentral und dezentral) im Lastmanagement mitberücksichtigt werden. Damit soll eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads der Wasserstoffproduktion durch die Einbindung der Abwärme ins Wärmenetz ermöglicht werden.

Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung in Fernwärmenetzen mittels MPC unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebes

Das Vorhaben WOpS - Wärmefluss-Optimierung zur Sektorkopplung hat das Ziel, eine Modell- und Optimierungs-Bibliothek zur optimierungsbasierten Betriebsführung dezentraler Einspeisepunkte in Fernwärmenetzen unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebs der Anlagentechnik zu entwickeln. Diese wird möglichst robust und generisch verfasst, um eine größtmögliche und einfach umzusetzende Übertragbarkeit zu ermöglichen. Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der Bibliothek ist die Abbildung der thermohydraulischen zeit- und ortsabhängigen Charakteristika von Wärmeflüssen, die eine optimale Verteilung der Wärme im Wärmenetz ermöglicht. Ziel ist eine gemeinsame Vermarktung der dezentralen Anlagen mit den Koppelprodukten Wärme und der an der Börse gehandelten elektrischen Energie. Für die im Betrieb zu lösenden gemischt-ganzzahligen Optimierungsprobleme wird ein neuer, quelloffener numerischer Löser entwickelt. Zur Erprobung der Verfahren wird eine direkte, praxisnahe Umsetzung in Demonstratoren unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Netzbetrieb (z.B. 'Redispatch 2.0') sowie einer autonomen Teilnahme der Einheiten am Strommarkt realisiert und die Strom-Wärme-optimierten Fahrpläne in den Demonstratoren umgesetzt. In der Betrachtung werden primär Bestands-Wärmenetze angegangen, die in ihrer Transformation durch die Inbetriebnahmen neuer dezentraler Einspeisepunkte mit unterschiedlichen Anforderungen (z.B. neuartige Wärmequellen in Verbindung mit Großwärmepumpen) unter Berücksichtigung eines strommarkt- wie auch netzorientierten Betriebes der Anlagentechnik neue Herausforderungen an die Versorgungs- und Betriebssicherheit, Energieeffizienz und hohe Lebensdauer der Anlagentechnik stellen. Das Ergebnis ist ein für den Markt verfügbares Modul mit einer Komponentenbibliothek für eine IoT-Plattform und stellt damit einen wesentlichen Baustein für die Transformation von klassischen Unternehmen der Energieversorgung hin zu Energiedienstleistern dar.

Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung in Fernwärmenetzen mittels MPC unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebes, Teilvorhaben: Methoden- und Softwareentwicklung für die Optimierung

Das Vorhaben WOpS - Wärmefluss-Optimierung zur Sektorkopplung hat das Ziel, eine Modell- und Optimierungs-Bibliothek zur optimierungsbasierten Betriebsführung dezentraler Einspeisepunkte in Fernwärmenetzen unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebs der Anlagentechnik zu entwickeln. Diese wird möglichst robust und generisch verfasst, um eine größtmögliche und einfach umzusetzende Übertragbarkeit zu ermöglichen. Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der Bibliothek ist die Abbildung der thermohydraulischen zeit- und ortsabhängigen Charakteristika von Wärmeflüssen, die eine optimale Verteilung der Wärme im Wärmenetz ermöglicht. Ziel ist eine gemeinsame Vermarktung der dezentralen Anlagen mit den Koppelprodukten Wärme und der an der Börse gehandelten elektrischen Energie. Für die im Betrieb zu lösenden gemischt-ganzzahligen Optimierungsprobleme wird ein neuer, quell-offener numerischer Löser entwickelt. Zur Erprobung der Verfahren wird eine direkte, praxisnahe Umsetzung in Demonstratoren unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Netzbetrieb (z.B. 'Redispatch 2.0') sowie einer autonomen Teilnahme der Einheiten am Strommarkt realisiert und die Strom-Wärme-optimierten Fahrpläne in den Demonstratoren umgesetzt. In der Betrachtung werden primär Bestands-Wärmenetze angegangen, die in ihrer Transformation durch die Inbetriebnahmen neuer dezentraler Einspeisepunkte mit unterschiedlichen Anforderungen (z.B. neuartige Wärmequellen in Verbindung mit Großwärmepumpen) unter Berücksichtigung eines strommarkt- wie auch netzorientierten Betriebes der Anlagentechnik neue Herausforderungen an die Versorgungs- und Betriebssicherheit, Energieeffizienz und hohe Lebensdauer der Anlagentechnik stellen. Das Ergebnis ist ein für den Markt verfügbares Modul mit einer Komponentenbibliothek für eine IoT-Plattform und stellt damit einen wesentlichen Baustein für die Transformation von klassischen Unternehmen der Energieversorgung hin zu Energiedienstleistern dar.

Wärmefluss-Optimierung zur Sektorenkopplung in Fernwärmenetzen mittels MPC unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebes, Teilvorhaben: Umsetzung und Demonstration

Das Vorhaben WOpS - Wärmefluss-Optimierung zur Sektorkopplung hat das Ziel, eine Modell- und Optimierungs-Bibliothek zur optimierungsbasierten Betriebsführung dezentraler Einspeisepunkte in Fern-wärmenetzen unter Berücksichtigung eines strommarktorientierten Betriebs der Anlagentechnik zu entwickeln. Diese wird möglichst robust und generisch verfasst, um eine größtmögliche und einfach um-zusetzende Übertragbarkeit zu ermöglichen. Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der Bibliothek ist die Abbildung der thermohydraulischen zeit- und ortsabhängigen Charakteristika von Wärmeflüssen, die eine optimale Verteilung der Wärme im Wärmenetz ermöglicht. Ziel ist eine gemeinsame Vermarktung der dezentralen Anlagen mit den Koppelprodukten Wärme und der an der Börse gehandelten elektrischen Energie. Für die im Betrieb zu lösenden gemischt-ganzzahligen Optimierungsprobleme wird ein neuer, quelloffener numerischer Löser entwickelt. Zur Erprobung der Verfahren wird eine direkte, praxisnahe Umsetzung in Demonstratoren unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Netzbetrieb (z.B. 'Redispatch 2.0') sowie einer autonomen Teilnahme der Einheiten am Strommarkt realisiert und die Strom-Wärme-optimierten Fahrpläne in den Demonstratoren umgesetzt. In der Betrachtung werden primär Bestands-Wärmenetze angegangen, die in ihrer Transformation durch die Inbetriebnahmen neuer dezentraler Einspeisepunkte mit unterschiedlichen Anforderungen (z.B. neuartige Wärmequellen in Verbindung mit Großwärmepumpen) unter Berücksichtigung eines strommarkt- wie auch netzorientierten Betriebes der Anlagentechnik neue Herausforderungen an die Versorgungs- und Betriebssicherheit, Energieeffizienz und hohe Lebensdauer der Anlagentechnik stellen. Das Ergebnis ist ein für den Markt verfügbares Modul mit einer Komponentenbibliothek für eine IoT-Plattform und stellt damit einen wesentlichen Baustein für die Transformation von klassischen Unternehmen der Energieversorgung hin zu Energiedienstleistern dar.

Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung, Teilvorhaben: S0-3_DIW

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