Technische Universität Berlin

1) Distributed Artificial Intelligence Laboratory (DAI-Labor)

Das "Distributed Artificial Intelligence Labor" (DAI-Labor) versteht sich als Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie und beschäftigt unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. h.c. Sahin Albayrak über 100 wissenschaftliche und studentische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter.

Das DAI-Labor ist seit vielen Jahren in einer Vielzahl von Projekten zur Digitalisierung des Energiesystems tätig, wie bei der Netzintegration von E-Mobilität, der Analyse, Prognose und optimalen Steuerung von anderen Verbrauchern und Erzeugern im intelligenten Gebäude, Microgrids und dem Smart Home.

Kurzbeschreibung des Projektbeitrags

Flexibilisierung von intelligenten Quartieren für das Erneuerbare Energiesystem

Das DAI-Labor untersucht und erprobt mit den Partnern Borderstep Institut, Riedel Automatisierungstechnik und Berliner Energieagentur in Prenzlauer Berg inwiefern intelligente digitalisierte Quartiere als Flexibilität für das Erneuerbare Energiesystem der Zukunft eingesetzt werden können. Dazu wird der netzdienliche Betrieb von KWK-Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplung) mit Power-to-Heat und Speicheroptionen untersucht. 

Ziel des Teilvorhabens ist es, zu analysieren, in welchem Maße intelligente Wohnquartiere zur Integration Erneuerbarer Energien in das Energiesystem und der Unterstützung der Stabilität des Verteilnetzes beitragen können. Dazu wird zum einen untersucht, wie die Flexibilität charakterisiert und prognostiziert werden kann, und zum anderen, wie die Vermarktung von elektrischer Flexibilität in zukünftigen Energiesystemen aussehen könnte. Hierbei werden sowohl technische, wirtschaftliche und rechtliche Gesichtspunkte untersucht.

Dies wird durch den Einsatz von intelligenter Gebäudeautomatisierungstechnik und einem modulierbaren Blockheizkraftwerk (BHKW) ermöglicht, die bereits in einem Quartier in Berlin Prenzlauer Berg installiert sind und die Mieter mit Wärme und Strom versorgen. Das Quartier Prenzlauer Berg besteht aus sechs Wohngebäuden mit 224 Wohnungen. Eigentümer ist die Wohnungsbaugenossenschaft Zentrum e.V.. Die Gebäude bilden ein in sich geschlossenes Quartier und verfügen seit Oktober 2015 über ein eigenes Nahwärmenetz. Sie werden über ein BHKW sowie zusätzliche Spitzelastkessel mit Wärme und Strom versorgt. Gesteuert wird die Gesamtanlage durch ein hierarchisch aufgebautes intelligentes Energiemanagementsystem, bestehend aus Wohnungs-, Gebäude und Quartiersmanager. Dieses steuert die Energieerzeugung nach Heizenergie- und Strombedarfen auf Raum- (Einzelraumtemperaturregelung) bzw. Wohnungsebene. Die Technik ermöglicht sowohl eine Modulation der Leistung des BHKW (wärmgeführte oder stromorientierte Betriebsführung), als auch die Erfassung und Prognose von Lastgängen des Wärme- und Stromverbrauchs auf Wohnungs-, Gebäude- und Quartiersebene.

Dazu wird noch das bestehende Quartier um zusätzliche Flexibilität erweitert und geht ab 2018 in den Pilotbetrieb. So kann die Flexibilität erprobt werden und mit zuvor simulierten Daten abgeglichen werden. Schließlich soll das Objekt auch an entstehende Plattformen und Infrastrukturen für den Abruf der Flexibilität angebunden werden um die gesamte Wertschöpfungskette abbilden und demonstrieren zu können.

Arbeitsfelder

(8) Quartierskonzepte – Prototypen der Smart City

2) Fachgebiet Energiesysteme (EnSys)

Das Fachgebiet Energiesysteme (EnSys) unter der Leitung von Prof. Dr. rer. pol. Georg Erdmann gehört deutschlandweit und international zu den besonders anerkannten akademischen Institutionen mit energiewirtschaftlichem Schwerpunkt. Innerhalb des Instituts für Energietechnik der TU Berlin nimmt das Fachgebiet interdisziplinäre Aufgaben wahr und beschäftigt sich mit den komplexen Wechselwirkungen zwischen Technik, Politik, Gesellschaft und den Energiemärkten.

Kurzbeschreibung des Projektbeitrags

Erfolgsmessung und Vermarktung des "intelligenten Energiesystems"

Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Kennzahlen und Methoden, um die Performance des "intelligenten Energiesystems" messbar zu machen und die Gesamtsystemeffizienz zu beurteilen. Hierzu gehört eine sorgfältige und grundsätzliche Klärung der Frage, nach welcher Systematik und mit welchen Messgrößen (KPIs, Key Performance Indicators) das "intelligente Energiesystem" charakterisiert werden kann. Auf Basis dieser objektiven, quantitativen Metrik werden alternative Handlungspfade anhand der erarbeiteten Metrik verglichen und Benchmark-Studien durchgeführt. Außerdem wird ein Monitoring der WindNODE-Region selbst ermöglicht.

Darüber hinaus werden eine Einbindung der interessierten Öffentlichkeit in Energiethemen und Ansätze zur Emotionalisierung der Energieversorgung angestrebt. Es werden beispielsweise spielerisch-experimentelle Formate und ein Konzept für eine "WindNODE-Akademie" entwickelt. Zum Projektende werden u.a. ein Lehrbuch, Ausbildungskonzepte, ein Rollenspiel und Kunstprojekte entstehen.

Arbeitsfelder

(5) Marktdesign und Regulierung – neue Spielregeln und Rollen im Energiesystem

(9) Partizipation und Dissemination

3) Fachgebiet Energieversorgungsnetze und Integration Erneuerbarer Energien (SENSE)

Im Mittelpunkt unserer Forschung steht die Modellbildung zukunftsweisender Konzepte der Energieversorgung, die sich durch Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und Widerstandsfähigkeit auszeichnen. Wir erschließen vor allem zeitgemäße Lösungen zur Integration Erneuerbarer Energien und Speichern in lokalen als auch globalen Netz- und Marktstrukturen. Als Grundlage dazu erarbeiten wir innovative Methoden der Simulation und Optimierung für Planung und Betrieb integrativer Energiesysteme.

Kurzbeschreibung des Projektbeitrags

Das Echtzeitlabor der Energiewende für interaktive Netzsimulationen

Bis zum Jahr 2050 soll der angestrebte Anteil der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch bis auf 80 Prozent steigen. Mit diesem Wandel geht der Einsatz neuer Technologien einher, deren Einfluss auf das systemische Verhalten und die Netzstabilität nicht hinreichend geklärt ist. Eine robuste Stromversorgung ist aber auch bei vorwiegendem Einsatz Erneuerbarer Erzeugung unerlässlich. Zu diesem Zweck entwickelt das Fachgebiet SENSE ein Echtzeitlabor zur Darstellung des zukünftigen WindNODE-Netzes.

Innerhalb des Labors soll der Einfluss neuer Technologien auf die Energiewende abgebildet, evaluiert und getestet werden. Dazu werden Modelle des zukünftigen Netzes der WindNODE-Regelzone entwickelt. Ein wichtiger Fokus liegt auf der Gestaltung einer interaktiven Echtzeit-Simulationsplattform für diese Zone. Es werden Testfunktionen zur Evaluierung des Einflusses von Smart-Grid Technologien wie etwa virtueller Kraftwerke oder steuerbarer Lasten entwickelt.

Kernziel ist die erlebbare Darstellung des WindNODE-Netzes und des damit einhergehenden Betriebs. Damit liefert dieses Vorhaben eine ganzheitliche Sicht auf eine sichere und effiziente elektrische Energieversorgung. Studierenden und Fachpublikum wird die zukünftige Netzbetriebsführung unter Berücksichtigung der WindNODE-Konzepte vermittelt.

Arbeitsfelder

(3) Effiziente Betriebskonzepte für Stromnetze

4) Fachgebiet Standortkunde & Bodenschutz

Das Fachgebiet Standortkunde/Bodenschutz der Technischen Universität Berlin bearbeitet Fragen zum Wasser-, Wärme-, Gas- und Stoffhaushalt von Standorten und Landschaften. Wir befassen uns  besonders mit  folgenden Themen:

  • Bestimmung hydraulischer und thermischer Eigenschaften von porösen Medien
  • Berechnung des Wasserhaushalts von Standorten und Landschaften
  • Bearbeitung urbaner Fragestellungen wie Versiegelung, Kabeltrassen, Fassadenbegrünung
  • Entwicklung hydrologischer Berechnungsverfahren
  • Messung und Berechnung der Wärmeleitfähigkeit, Simulation der Erwärmung von Erdkabeltrassen
  • Künstlerische Umsetzung von Forschungsthemen  "Art meets Science"

Kurzbeschreibung des Projektbeitrags

Optimierung des Netzbetriebs: Das CableEarth Verfahren für 110-kV-Kabeltrassen

Die Klima-, Standort-, Boden- und Verlegebedingungen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Kabelerwärmung und die Strombelastbarkeit erdverlegter Kabeltrassen. Durch Weiterentwicklung von numerischen Simulationsmodellen lassen sich der Kabelbetrieb und die maximale Strombelastbarkeit von Kabeltrassen berechnen. Mit den Simulationsmodellen können

  1. die erforderlich Kabel- und Verlegetechnik optimiert werden, was zu einer Verringerung der Investitionskosten für den Trassenneubau führt und
  2. die ökologischen Auswirkungen von Kabeltrassen (durch Bodenerwärmung und Verdichtung) besser abgeschätzt werden.

Um Simulationsmodelle zu entwickeln und zu verbessern, müssen reale Kabeltrassen genau beobachtet werden. Dazu wird ein Monitoring von Kabeltemperatur und Wärmeemission einer neuen 110kV Kabeltrasse mit Stromlast aus Erneuerbaren Energien durchgeführt. Es dient der Kalibrierung und Validierung eines neuen Berechnungsverfahrens (Cable Earth). Das Cable Earth Verfahren wurde an der TU Berlin entwickelt und soll durch den Einsatz im Teilvorhaben hinsichtlich seiner Anwendbarkeit für die Planung und Optimierung erdverlegter Kabeltrassen evaluiert und weiterentwickelt werden.

Aus dieser Arbeit können Informationen zur Verfügung gestellt werden, um zukünftige Strategien für den effizienten Betrieb von Kabeltrassen mit hohen Anteilen aus Erneuerbaren Energien abzuleiten. Dieser Mehrwert wird durch die Förderung des Teilvorhabens erschlossen. Das Cable Earth Verfahren und seine Anwendungsmöglichkeiten sollen als Ingenieur-Dienstleistung genutzt werden und als Tool für Netzbetreiber für die Planung neuer Trassen und für eine verbesserte Auslastung bestehender Netze dienen.

Energy meets Art

Mit inter- und transdisziplinären Forschungsansätzen wird der Wissenstransfer für die Fachwelt und interessierte Öffentlichkeit ermöglicht. Die Erfahrung zeigt, dass sich technische Ergebnisse und Entwicklungen disziplinär und mit der jeweiligen Fachsprache nur schwer vermitteln lassen, schon gar nicht, wenn es sich um komplexe technische  Entwicklungen handelt (z.B. Smart energy network). 

Daher erarbeitet dieses Teilprojekt zusammen mit Studierenden und Künstlern Projekte, Objekte, Filme, Comics über Themen von WindNODE. In diesem Zusammenhang ergeben sich folgende drei Hauptziele, die mit künstlerischen und kulturellen Mitteln umgesetzt werden:

  1. Verdeutlichung des initiierten technischen Fortschritts,
  2. Aufzeigen des damit verbundenen Wandels in der Gesellschaft und
  3. Aufbereitung der lokalen, nationalen und globalen Chancen und Möglichkeiten des "neuen, intelligenten und vernetzten Energiewegs" als einen internationalen Exportartikel (z.B. für internationale Gäste und Konsortien).

Diese Ziele werden zusammen mit "Berlin Partner GmbH" entwickelt und umgesetzt.

Arbeitsfelder

(3) Effiziente Betriebskonzepte für Stromnetze

(9) Partizipation und Dissemination

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