Betriebsoptimierung und Ausbau regenerativ gespeister thermischer Netze für Stadtwerke auf Basis funkbasierter Kommunikationstechnologien
Projektträger: Projektträger Jülich für das BMWE
Start: 05/2022
Ende: 04/2025
Ausgangssituation
Optimierung bestehender Infrastrukturen für die Wärmewende
Die nachhaltige und regenerative Bereitstellung von thermischer Energie ist ein wichtiger Faktor in der Energie- und Wärmewende in Deutschland und muss als zentrales Element zur Dekarbonisierung der Energieversorgung von Gebäuden betrachtet werden. Für den existierenden Gebäudebestand muss der Fokus in der Wärmeversorgung stärker auf die Optimierung und den Ausbau bestehender Infrastrukturen gelegt werden. Die Betriebsoptimierung und der Ausbau bestehender Wärmenetze bietet eine ökologische, ökonomische und sozialverträgliche Option für dicht besiedelte Gebiete.
Systemverständnis als Grundlage für Planung und Effizienz
Um die Potenziale der Betriebsoptimierung und gleichzeitig die Planung des weiteren Ausbaus und die Einbindung erneuerbarer Energien und Speichertechnologien besser zu unterstützen, ist ein hohes Systemverständnis thermischer Netze notwendig. Um dieses Systemverständnis zu erlangen, muss die Verbraucherseite durch ein flächendeckendes und zeitlich hoch aufgelöstes Monitoring erfasst werden.
Ziele
Ganzheitliches Monitoring für ein besseres Systemverständnis
Das Projekt FunkSTA leistet einen entscheidenden Beitrag für die Wärmewende, indem es sich zum Ziel setzt, die Abnehmerseite des Fernwärmenetzes der Stadtwerke Aachen flächendeckend und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen und somit ein ganzheitliches Systemverständnis zu ermöglichen. Für diese digitale Abbildung einer großen Anzahl von Abnehmern mit sehr diversen Anschlusssituationen sind funkbasierte Monitoringsysteme besonders geeignet.
Ausbau der LoRaWAN-Technologie
Die Stadtwerke Aachen setzen hierbei auf die LoRaWAN-Technik. LoRaWAN zeichnet sich insbesondere durch die Übertragungsstabilität (z. B. auch in Kellerräumen), die Verfügbarkeit, dem geringen Wartungsbedarf sowie der Kosteneffizienz gegenüber anderen Systemen aus. Somit ermöglicht es das Projekt neue digitale Services zur Optimierung des Betriebs und für die Planung des Ausbaus und Einbindung erneuerbarer Energien zu entwickeln, sowie diese anhand eines großen Fernwärmenetzes mit ca. 80 km Länge und 1200 Abnehmern zu demonstrieren.
Meilensteine
Das Projekt ist in insgesamt acht Arbeitspakete aufgeteilt.
- AP 1: Innovationsmanagement und Kundeneinbindung
- Etablierung eines Projektbegleitausschuss, in dem Unternehmen aus den Bereichen „Anwendung“, „Entwicklung“, „Endnutzung“ sowie verschiedene Netzwerke vertreten sind
- Organisation und Durchführung von digitalen Workshops
- lokale Öffentlichkeitsarbeit, um Kunden früh in den Prozess einzubinden
- AP 2-7: Umsetzung beim Kunden
- Umsetzung des Monitorings bei den Kunden
- Sicherstellung, dass die Daten in einer strukturierten Art und Weise über Schnittstellen unterschiedlichen Nutzenden zur Verfügung gestellt werden können
- Erarbeitung digitaler Services (Fehlererkennung, Betriebsoptimierung, Kalibrierung v. Simulationsmodellen, Planungsprozesse)
- AP 8: Anwendung für das Netz in Aachen
Die regio iT fokussiert sich in diesem Projekt auf die Entwicklung eines Fernwärme-Netzbetreiber-Portals, mit dem die STAWAG die Betriebsoptimierung des Fernwärmenetz im Projekt realisieren kann. In der ersten Ausbaustufe werden mit dem Fernwärme-Netzbetreiber-Portal hochqualitätsrelevanter Prozessparameter und Netzzustandsdaten erfasst. Im nächsten Schritt wird die bidirektionale Steuerung von LoRaWAN-basierten Feldgeräten in Fernwärmenetz erprobt. Der Fernwärmenetzbetreiber wird hiermit in die Lage versetzt, eine Erfolgsmessung von Einzelmaßnahmen zur Optimierung des Fernwärme-Netz durchzuführen, um eine iterative Verbesserung während der Projektlaufzeit zu erzielen.
Projektpartner
Stadtwerke Aachen AG
regio iT GmbH
Die regio iT ist ein kommunaler IT-Dienstleister für die Stadt und die Städteregion Aachen, die Stadt und den Kreis Gütersloh, die Stadt und den Kreis Siegburg, den Rhein-Sieg Kreis, den Oberbergischen Kreis sowie für die Kreise Heinsberg und Düren und deren Kommunen. Sie betreut zudem kommunale Unternehmen, Schulen sowie Energie- und Entsorgungsunternehmen. Aktuell beteiligt sich regio iT mit den Projekten ONCE, Smart City Lohmar sowie PlanQK an bundesweiten Projektkonsortien.
heatbeat nrw GmbH
Das junge Unternehmen heatbeat ist ein Spin-Off aus dem Lehrstuhl für Gebäude- und Raum-klimatechnik der RWTH Aachen und bringt innovative Methoden zur Wärme- und Kältenetzsimulation in die Praxis. Neben dem Standort in Nürnberg wurde 2020 ein Tochterunternehmen (heatbeat nrw GmbH) in Aachen gegründet. Damit stärkt heatbeat die Innovationsfähigkeit zur Simulation und Optimierung von Quartiersenergiesystemen und Wärmenetzen und unterstützt damit die Energiewende im Rheinischen Revier.
RWTH Aachen University, E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik
Der Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik ist Teil des E.ON Energieforschungszentrums der RWTH Aachen und beschäftigt sich mit Fragestellungen aus dem Bereich der Gebäudeenergietechnik und dem Gebäude als Teil eines Stadtquartiers und dem übergeordneten Energiesystem. Im Team Digitale Energiequartiere steht die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Energie- und Kommunikationssystemen über vernetzte Anlagen bis hin zu Smarten Devices. Das Team erarbeitet die passenden digitalen Konzepte für komplexe und heterogene Energiesystemstrukturen. Diese Konzepte beinhalten Lösungen für diverse system- oder betriebsrelevante sowie nutzerorientierte Anwendungsfälle.
Assoziierte Partner
- Regionetz GmbH