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BHKW-Wärmespeicher mit makrogekapselter PCM-Schüttung

Blockheizkraftwerke (BHKW) eignen sich besonders für dezentrale Strom- und Wärmekonzepte und bilden eine effiziente Regelenergiequelle für virtuelle Kraftwerke. Es ist daher notwendig, die Erzeugung von Strom und Wärme durch geeignete Speichersysteme im Tageslastgang weitestgehend zu entkoppeln. Latentwärmespeicher (LWS) ermöglichen im Vergleich zu Wasserspeicher höhere Speicherdichten, kommen aber aufgrund hoher Kosten bislang kaum zum Einsatz. Für kompakte Systemlösungen aus Klein-BHKW und Speicher wären jedoch höhere Speicherdichten jedoch wünschenswert. Zielstellung des Projektes ist daher die Untersuchung von Makroverkapselungen für Latentspeichermedien (PCM) auf der Basis von Beutelverpackungen, mit denen die Speicherkosten reduziert werden können. Durch eine modulare Bauweise des Speichers wird zudem eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle ermöglicht.

Sektorenübergreifendes Energiemanagement im intelligenten Bestandsquartier, Teilvorhaben: Konzipierung und Realisierung neuartiger Algorithmen und Methoden für ein Hardware-minimales Quartier-Energiemanagementsystem

Entwicklung & Erprobung skalierbarer Systemlösungen und lokaler, resilienter Energie-Ökosysteme für ein krisensicheres, netzdienliches und kostengünstiges Laden von Elektrofahrzeugen & Flotten mit Solarstrom, Teilvorhaben: Digitale Markt- & Netzintegration via Backend und VPP

Wärme anbinden und netzdienlich nutzen, Teilvorhaben: Einbindung des Hyrek der swb Erzeugung in das virtuelle Kraftwerk, um überschüssige Windenergie in den Wärmesektor zu koppeln

Interoperables Management für Bidirektionales Laden für den optimierten, resilienten Stromnetzbetrieb mit innovativen Geschäftsmodellen, Teilvorhaben: Werkzeuge für die zeit- und räumliche Infrastrukturplanung

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.

Messsysteme für Großerzeugungs-Anlage, Teilvorhaben: Entwicklung und Evaluation von Open Source Modulen zur Integration von Steuerberechtigten in die iMSys

Neue erneuerbare Erzeugungsmengen von mehr als 300 TWh werden bis 2030 zur Erreichung der Klimaziele und der Erhöhung der Gasunabhängigkeit durch Elektrifizierung in den Sektoren Wärme und Mobilität benötigt. Über ein intelligentes Messsystem können diese Anlagen sicher informationstechnisch angebunden und für die Netzintegration sowie Vermarktung gesteuert werden. Bislang ist dies für kleinere Erzeugungsanlagen möglich und beschrieben. Für Großerzeugungsanlagen werden wir dafür im Projekt MeGA ein Konzept entwickeln und bis zum Feldtest bringen. Mit unserem Projekt ermöglichen wir damit die Basis für die Nutzung des Cyber-Security-Konzepts des Smart Meter Gateways (SMGW) in zusätzlichen Anwendungsbereichen. Der Fokus des Fraunhofer-Teilvorhabens liegt dabei auf der Entwicklung und Evaluierung von Open Source-Modulen zur Integration von Steuerberechtigten in die iMSys-Infrastruktur. Dazu werden die technischen und regulatorischen Anforderungen aus Sicht der Regelreserve und Direktvermarktung zur Nutzung der Infrastruktur gesammelt und bei der Erstellung des Umsetzungskonzepts eingebracht. Zur Anbindung und Integration von Steuerungsberechtigten werden Open Source Software-Bibliotheken, zur Fernauslesung und Ansteuerung der Anlagen für Marktpartner, implementiert. Zur Evaluierung der entwickelten Bibliotheken sowie der Infrastruktur wird prototypisch ein virtuelles Kraftwerk in Form eines Aggregators bzw. Regelreserve-Anbieter-Leitsystem aufgebaut. Die Funktionalitäten und Software-Bausteine werden vorab in einer Testumgebung (Virtual Lab) evaluiert und kontinuierlich verbessert, nachdem sie später im Rahmen der Feldtests eingesetzt werden. Während der Projektlaufzeit wird der wissenschaftliche Diskurs durch Publikation angeregt sowie die Open SourceBibliotheken kontinuierlich erweitert und der Community zur Verfügung gestellt.

Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher, Teilvorhaben: Thermische Sektorenkopplung im Virtuellen Kraftwerk

JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Das primäre Ziel des Teilprojektes 2 (TP 2) im Verbundprojekt JenErgieReal ist die Integration dezentraler Wärmesysteme und somit einer thermischen Sektorenkopplung im Quartier, das u.a. aus der entstehenden Verlustwärme von Schnellladeprozessen gespeist werden soll. So können Wärmeverluste minimiert und nachgenutzt werden. Die Potenziale zur Wärmenachnutzung im Quartiersmaßstab soll hier als Baustein u.a. der Elektromobilitätsoffensive im urbanen Raum entwickelt werden. Die energetischen Modelle und Untersuchungen liefern entscheidende Erkenntnisse für die Energie- und Klimawende.

Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher, Teilvorhaben: Stadt- und Quartiersentwicklung im Kontext eines virtuellen Kraftwerkes

JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Das primäre Ziel des Teilprojektes 5 (TP 5) im Verbundprojekt JenErgieReal liegt in der Stadt- und Quartiersentwicklung im Kontext des Virtuellen Kraftwerks. Die langfristigen Ziele sollen sein, das aufgebaute Virtuelle Kraftwerk vom Labormaßstab auf die Stadt Jena zu skalieren um die Energiewende die Region klimafreundlich, wirtschaftlich, nachhaltig und somit zukunftssicher zu gestalten.

Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher, Teilvorhaben: Mensch - Technik - Interaktion im Virtuellen Kraftwerk

JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Das Teilprojekt 7 verfolgt als übergreifendes Ziel die Analyse der Nutzung, der Akzeptanz und der Folgen für die in das Projekt einbezogenen Personengruppen. Es wird dabei untersucht, wie die Verbraucher eine aktive Rolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen und durch Teilhabe einen direkten und bewussten Beitrag zu deren Erfolg leisten können. Das Teilprojekt 7 ist dabei bewusst stark interdisziplinär ausgerichtet und hat eine sozialwissenschaftliche, energiewirtschaftliche sowie (informations-)technische Dimension.

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