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UserGRIDs-Nutzungszentrierte Planung und Regelung komplexer nachhaltiger Quartiers-Energiesysteme

In UserGRIDs werden neue Möglichkeiten der Digitalisierung entwickelt und erprobt um Stadtquartiere mit stark fluktuierenden Verbrauchs- und Erzeugungscharakteristiken emissionsminimiert betreiben und planen zu können.

Ausgangssituation

Der Klimaschutz erfordert die massive Reduktion der durch den Gebäudebestand bedingten Treibhausgas-Emissionen. Die neuen Möglichkeiten der Digitalisierung versprechen, mittels „Digital Energy Services“ (DES), Energiesysteme mit stark fluktuierender Nutzung und großen Anteilen volatiler Energiequellen zielgerichteter betreiben und planen zu können.

Projektinhalt

Die Basis bildet eine IoT (Internet of Things) Middleware Plattform, in der alle für die Energieperformance des Campus relevanten Daten zusammenfließen, gespeichert, und teilweise mittels Methoden der KI, analysiert werden. Dazu gehören Messdaten aus den Energiesystemen (Temperaturen, Leistungen, etc.) und Daten anderer digitaler Systeme (Raumbelegung, Wetterdaten, Preissignale, etc.).

Das DES Energiemanagement verbindet die Regelungen der Gebäude zu einem umfassenden, selbstlernenden Gesamtkonzept. NutzerInnendaten fließen in Prognosen und Zielsetzungen des Systems ein. Ziel ist der emissionsminimierte ökonomische Betrieb durch optimale Bewirtschaftung der Speicher und Einbindung volatiler Energiequellen.

In der Energiestrukturplanung werden detaillierte Modelle des Energiesystems der Gebäude und der übergeordneten Campus-Infrastruktur entwickelt, validiert und für die Bewertung struktureller Weiterentwicklungen eingesetzt. Es werden alle Stakeholder einbezogen und Key Performance Indicators (KPIs) definiert. Simulationen bewerten die KPIs unterschiedlicher Entwicklungsvarianten.

Dabei werden sowohl System-Transformationen, wie die Einbeziehung von Energiespeichern oder der Austausch von Energietechnologien, als auch der Ausbau der Photovoltaik am Campus bewertet. Ebenso wird das abzusehende Wachstum auf 185.000 m² Bruttogeschoßfläche analysiert.

Die Entwicklungen werden als Musterlösungen formuliert, die als Basis für die Entwicklung von Geschäftsmodellen herangezogen werden. Der INNOVATION DISTRICT INFFELD versteht sich als ein Vorreiter des Einsatzes neuer DIGITALER ENERGY SERVICES, um die Nutzungszufriedenheit eines Stadtquartiers zu steigern, den Betrieb des energietechnischen Systems optimal zu regeln und den Ausbau konsequent in Richtung eines Nullemissions-Quartiers voranzutreiben.

Projektverlauf

Im Projekt UserGRIDs werden Methoden entwickelt und erprobt, die den Betrieb und die Planung von Quartiers-Energiesystemen nutzerzentriert und effizient unterstützen. Als Grundlage dient der INNOVATION DISTRICT INFFELD. Dieser Forschungs- und Lehrcampus ist mit 125.000 m² Bruttogeschoßfläche und einer Mischung aus Büro-, Lehr- und projektgetriebenem Laborbetrieb ein ideales Beispiel für stark fluktuierende Nutzungsanforderungen.

Meilensteine

  1. Die Systemarchitektur der IoT Plattform für den Innovation District Inffeld ist definiert
  2. Funktionalität und Aufbau der einzelnen Energy Services sind dokumentiert
  3. Der Energieverbrauch des Campus wird laufend mittels KI analysiert
  4. Das Energiesystemmodell des Campus ist mit Messdaten kalibriert
  5. Die Entwicklungsszenarien des Energiesystems sind simuliert und bewertet
  6. Das Energiemanagementsystem zur Optimierung des Energiesystems 2030 ist entwickelt
  7. Musterlösungen und Geschäftsmodelle zu den einzelnen Energie Services sind aufgestellt

"Das Projektteam nutzt die neuen Möglichkeiten der Digitalisierung um Energiesysteme nachhaltiger gestalten und betreiben zu können."

- ZITAT Dr. Thomas Mach -

Steckbrief

Projektnummer

880792

Koordinator

Institut für Wärmetechnik, Technische Universität Graz

Partner

Institut für Wärmetechnik, TU Graz –
https://www.tugraz.at/institute/iwt/home/

Institut für Softwaretechnologie, TU Graz –
https://www.tugraz.at/institute/ist/institute/

Gebäude und Technik, TU Graz –
https://www.tugraz.at/tu-graz/organisationsstruktur/serviceeinrichtungen-und-stabsstellen/gebaeude-und-technik/

EQUA Solutions AG –
https://www.equa.se/de/

BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH –
https://best-research.eu/

Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik, TU Graz –
https://www.tugraz.at/institute/irt/home/

Energie Steiermark AG –
https://www.e-steiermark.com/privat

Fronius International GmbH –
https://www.fronius.com/de

Bundesimmobiliengesellschaft m.b.H. –
https://www.big.at/

Institut für Bauphysik, Gebäudetechnik und Hochbau, TU Graz –
https://www.tugraz.at/institute/ibpsc/home/

EAM Systems GmbH – https://eam.at/

Institute of Interactive Systems and Data Science, TU Graz –
https://www.tugraz.at/institute/isds/research/research-groups/science-technology-and-society/

Schlagwörter

Energiesystemplanung, Machine Learning, Digital Services, Energiemanagement

Projektleitung

Dr. Thomas Mach, thomas.mach@tugraz.at

Dauer

01/03/2021 - 29/02/2024

Budget

1,599,000€