Bewertung von Gebäudeenergiesystemen bei steigendem Anteil von erneuerbaren Energien – Bewertungsmethoden und simulationsgestützte Untersuchung



Sebastian Stinner
E.ON Energy Research Center – RWTH Aachen
Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik; Abteilungen: Energiekonzepte für Gebäude und Quartiere
Telefon 0241 / 80 49 798 – sstinner@eonerc.rwth-aachen.de


Betreuung
Univ. Prof. Dr.-Ing. Dirk Müller
E.ON Energy Research Center – RWTH Aachen
Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik


Kurzbeschreibung des Dissertationsthemas

Hintergrund und Motivation
Auf Grund der zunehmenden Einspeisung erneuerbarer Energiequellen wie Photovoltaik oder Windkraft in das elektrische Netz kann es dort zu Problemen durch Über- bzw. Unterversorgung mit elektrischer Energie kommen. Da in einem solchen System sowohl die Lasten (Verbraucher) als auch die Erzeugung volatil sind, ist es wichtig, Anlagen zur Verfügung zu haben, die steuerbar die erneuerbaren Energien unterstützen können. Hier können zum einen Mikro-/Mini-Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt werden, um dann elektrischen Strom zu erzeugen, wenn dieser von den regenerativen Quellen nicht bereitgestellt werden kann. Dies kann energetisch deutlich effizienter sein, wenn ein hoher Anteil der entstehenden Abwärme genutzt werden kann. Auch die Nutzung von Wärmepumpen bei überschüssigem Strom aus regenerativen Quellen kann einen Beitrag zur Stabilisierung der elektrischen Netze leisten. Auch hier hängt die Gesamteffizienz maßgeblich davon ab, wie die erzeugte Wärme genutzt werden kann. Daher müssen vor allem die Lastverschiebepotentiale und die Speichermöglichkeiten auf der Wärmeseite genauer untersucht werden. Schließlich müssen alle vorgenannten Faktoren auch in eine konsistente Bewertung von Systemen mit steigendem Anteil von regenerativen Energien münden. Hier sind einige Details zu klären und ein Vergleich mit der bisherigen Bilanzierung sollte angestrebt werden. Es muss zusätzlich zu den bereits genannten Punkten unter anderem die Wertigkeit von Strom zu unterschiedlichen Zeitpunkten berücksichtigt werden.

Umsetzung
Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen auf Grund von Simulationsanalysen verschiedene Systeme mit regenerativen Energiesystemen betrachtet werden. Die Simulationen werden mit institutseigenen Bibliotheken in der Modellierungssprache Modelica durchgeführt. Hier ist es möglich, die Interaktion verschiedener Systemteile wie Nutzer, Anlagen, Speicher und Gebäudephysik abzubilden und durch Parametervariationen verschiedene Randbedingungen auf das System aufzuprägen. Durch eine geschickte Variation der einzelnen Parameter soll der Einfluss auf die Gesamteffizienz des Systems identifiziert werden. Daraus sollen die wichtigen Einflussparameter für die Bewertung der Gesamtsysteme abgeleitet werden. Um die Anlagentechnik vor allem unter den dynamischen Randbedingungen, die in solchen Energiesystemen vorherrschen, richtig beschreiben zu können, sollen über Hardware-in-the-Loop-Tests die Eigenschaften der Anlagen bezüglich An- und Abfahrverhalten oder auch Verhalten bei unterschiedlichen Rücklauftemperaturen ermittelt werden, um so die Berechnung an dieser Stelle zu vereinfachen, aber die wichtigsten Eigenschaften zu erhalten.

Erwartetes Ergebnis
Am Ende des Forschungsprojektes soll eine konsistente Bewertungsmethodik hinsichtlich der Energieeffizienz, aber auch der Netzkompatibilität von Gebäudeenergiesystemen aufgebaut werden. Dies führt dazu, dass Anlagen nicht nur rein nach ihrer Effizienz, sondern auch nach ihrer Nutzbarkeit für die Stabilisierung des elektrischen Netzes bewertet werden. Es soll ein ganzheitliches Bewertungssystem entwickelt werden, das alle Aspekte, die die Gebäude als Erzeuger und Verbraucher von elektrischer und thermischer Energie betreffen, berücksichtigt. Hier spielt insbesondere die Möglichkeit der Bereitstellung von Speicherkapazität eine Rolle.

Kurzer Lebenslauf

Zeitraum
Tätigkeit
Seit 12.2010Wissenschaftlicher Mitarbeiter (Doktorand); Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik; E.ON Energy Research Center – RWTH Aachen
10.2005 – 10.2010Diplomstudiengang; Computational Engineering Science (Fachbereich Maschinenbau); Fachrichtung Energie- und Verfahrenstechnik
           

Forschungs- und Interessensschwerpunkte


Veröffentlichung

Keine Angaben