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Netzentlastung durch autonome Energiespeicher

Die Fachhochschule Vorarlberg entwickelt Algorithmen, um Energiespeicher optimal zu be- und entladen.
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In den vergangenen Wochen konnte die FH Vorarlberg ein fünfjähriges Forschungsprojekt erfolgreich abschließen. In diesen fünf Jahren arbeiteten die Forscherinnen und Forscher an Lösungen, die energie- und kosteneffizienten Systembetrieb für zukünftige Anforderungen unterstützen.

Eines der vier Teilprojekte, die „Energiemodellbibliothek“ hatte sich unter der Leitung von Dr. Peter Kepplinger zur Aufgabe gemacht, autonome Regelalgorithmen für dezentrale Speichersysteme zu entwickeln. Der dabei verfolgte Ansatz wird als autonomes Lastmanagement (ALM) bezeichnet, bei dem basierend auf einer Anreizfunktion die Energiespeicherbewirtschaftung autonom vom Gerät optimiert wird. Elektrische Warmwasserspeicher boten als erste Anwendung die Blaupause zur Entwicklung der Methode. Eine zentrale Aufgabe war es im Labor mittels reduzierter Messtechnik und Rechenkapazitäten den aktuellen Systemzustand zu schätzen.

Nachrüstung/Optimierung

Nur dadurch wird es möglich, den Speicher auch durch Nachrüsten für die optimale Einsatzplanung mittels ALM in wirtschaftlicher Weise zu ertüchtigen.  Stationäre Batteriespeicher stellen durch ihre rasant zunehmende Verbreitung ein wachsendes Potenzial für Lastverschiebung dar.  Als zweiter betrachteter Anwendungsfall wurden sie als Second-Use-Case für ausgemusterte Batterien aus Elektrofahrzeugen untersucht. Algorithmen zur Einsatzoptimierung anhand von Marktpreisen wurden entwickelt und in Kooperation mit dem Partnerunternehmen Vorarlberger Kraftwerke AG auf einem realen Testsystem umgesetzt. 

Mittels Simulationen wurden die Auswirkungen der Algorithmen auf die elektrischen Niederspannungsnetze untersucht. Die Ergebnisse konnten die enormen Nachteile von autonomen Systemen bei ungünstiger Wahl von Anreizfunktionen aufzeigen. So konnten überregionale Preise als nachteilig für die Netzinfrastruktur identifiziert werden. Diese Erkenntnis bestätigte sich ebenso beim Ladelastmanagement von Elektrofahrzeugen als drittem Anwendungsfall.

Als mögliche Alternative zu Preissignalen wurde fortan die Möglichkeit untersucht, einem vorgegebenen Last­signal möglichst optimal zu folgen. Der Vorteil gegenüber der Kostenoptimierung liegt dabei in der vollen Aus­schöpfung der zur Verfügung stehenden Speicherflexibilität.

Wirtschaftlicher Einsatz

In allen Speicheranwendungen hat sich gezeigt, dass einfache Modelle für die Lastplanung bei geschickter Nutzung der Sensordaten bereits ausreichend genau für eine verbesserte Planung sein können. Dies begünstigt einen wirtschaftlichen Einsatz von ALM auf Mikrocontrollern und positioniert autonomes Lastmanagement damit als mittelfristige Lösung zur Verbraucherflexibilisierung auf dem Weg zum Smart Grid.

Josef Ressel Zentrum für angewandtes wissenschaftliches Rechnen in Energie, Finanzwirtschaft und Logistik an der FH Vorarlberg (2015–2020)

Das Josef Ressel Zentrum für angewandtes wissenschaftliches Rechnen in Energie, Finanzwirtschaft und Logistik war ein von der Christian Doppler Gesellschaft gefördertes Forschungsprojekt (2015–2020) an der FH Vorarlberg, in dem die Forschungszentren Energie und Business Informatics mit Industriepartnern kooperativ Lösungen für komplexe Problemstellungen entwickelt haben. Die Industriepartner waren Gebrüder Weiss, Hypo Vorarlberg Bank AG, infeo, myPEX, Vorarlberger Kraftwerke AG und Vorarlberger Landesversicherung. Es wurde an (1) der Entwicklung einer IT-Umgebung für paralleles und verteiltes Rechnen und an (2) anwendungsbezogenen Verfahren zur Simulation und Optimierung geforscht. Unter der Leitung von Dr. Jörg Petrasch (bis 2017) und Dr. Ing. Steffen Finck (ab 2017) haben 20 (internationale Forscher(innen) Problemstellungen aus den Bereichen Energie, Finanz und Logistik behandelt.

Kontakt: Mag. Dr. Peter Kepplinger, FH Vorarlberg
T +43 5572 792-3805; peter.kepplinger@fhv.at

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