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Kurztitel: CleanTechCampus Garching
Förderkennzeichen: 03ET1407A
Status: Laufend
Laufzeit: 05/2016 bis 04/2019
Themen: Quartierskonzepte, Energieplanung für Städte, Dezentrale Energieerzeugung, Stromnetze, Wärmenetze & Kältenetze, Energiespeicherung, Lastmanagement, Abwärmenutzung, Modellierung & Simulation, Planung & Auslegung
Standort: Boltzmannstr. 15, 85748 Garching
Innovation: Optimierung von Gebäuden und Netzen in Bestand und Neubau; Entwicklung eines Energienetz- und Versorgungsausbauplans sowie eines Open Source Modells.

Quintessenz

  • Entwicklung einer Methodik zur Bewertung und Optimierung komplexer Energiesysteme am Beispiel des Campus Garching der TU München
  • Energienetz- und Versorgungsausbaupläne als Grundlage einer Gesamtoptimierung
  • Weiterentwicklung der Optimierungstools RIVUS und URBS für ein optimiertes Campus-Energiekonzept
  • Konzept beispielhaft für heterogene Mischgebiete

Mit Analysen der historischen Verbräuche und Simulationen von Großverbrauchern werden Strom-, Wärme- und Kältebedarfsszenarien für die künftige Entwicklung des Campus Garching der TU München erstellt und spartenübergreifend optimiert. Die eingesetzten Optimierungstools RIVUS und URBS werden im Forschungsprojekt für diesen Zweck weiterentwickelt. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten soll eine Methodik zur Bewertung und Optimierung komplexer Energiesysteme entstehen, die auf heterogene Mischgebiete übertragbar ist. Sie wird als Open Source Tool veröffentlicht werden.

Projektkontext

Bereits heute zählt der Campus Garching der TU München mit mehr als 15.000 Studenten und 6.000 Mitarbeitern zu den größten Universitätsstandorten in Deutschland. Hält das rasante Wachstum der letzten Jahre an, wird in naher Zukunft eine Neuausrichtung der Energieversorgung erforderlich sein.

Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des CleanTechCampus Projekts ein innovatives Energiekonzept entwickelt werden, welches die Integration der bestehenden sowie neu hinzukommenden Gebäudestruktur in eine hocheffiziente Versorgungs- und zunehmend regenerative Erzeugungsstruktur realisiert. Hierfür wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, indem die Strom-, Wärme- und Kälteversorgung nicht wie üblich einzeln, sondern gekoppelt betrachtet werden.

Die dazu notwendigen Methoden und Werkzeuge werden interdisziplinär entwickelt und können dann – zusammen mit den im Projekt gewonnenen Erkenntnisse -  bei der Optimierung anderer komplexer Mischgebiete des Sektors Gewerbe, Handel und Dienstleistungen eingesetzt werden.

Übersicht der Gebäudestruktur auf dem TUM Campus in Garching

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Forschungsfokus

Die spartenübergreifende Optimierung bietet Möglichkeiten Synergien zu nutzen, auf die bei der klassischen Energiesystementwicklung nicht oder nur unzureichend zurückgegriffen werden kann. Dadurch lassen sich Energieeinsparpotenziale und wirtschaftliche Vorteile realisieren. Schwerpunkt der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung einer Methodik zur Optimierung gekoppelter Strom-, Wärme- und Kältesysteme mit Einbindung der Verbraucher, Erzeuger und Speicher. Die Methodik soll als Open-Source-Tool verfügbar sein.

Folgende zentrale Fragestellungen der Optimierung sollen beantwortet werden:

  • Wie können Netzstrukturen so geplant werden, dass sie einfach umsetzbar sind und gleichzeitig an schnelle Veränderungen der Bedarfs- und Erzeugerstrukturen angepasst werden können?
  • Wie lassen sich Potenziale durch Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Sparten und Komponenten des Energiesystems identifizieren und nutzen?
  • Wie und wo können neuartige Technologien wirksam in die bestehende Infrastruktur von Mischgebieten eingebunden werden?

Schematische Darstellung der iterativen und interdisziplinären Planungs- und Optimierungsmethodik, basierend auf den spartenübergreifende Optimierungstools URBS und RIVUS

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Weitere Abbildungen

Übersicht des heutigen Energieversorgungssystems des Campus in Garching

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Schematische Darstellung des künftigen Energiesystems mit gekoppelter Strom-, Wärme- und Kälteversorgung

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Schematische Darstellung des Optimierungstools URBS: Anlagen- und Einsatzoptimierung

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Beispielhafte Resultate des Optimierungstools URBS: Einsatzplanung zur Deckung des vorgegebenen Wärmebedarfs (schwarze linie) bei gleichzeitiger Deckung des vorgegeben Strom- und Kältebedarfs (nicht gezeigt) sowie stark limitierte CO2-Emissionen

© Lehrstuhl für Energiesysteme (LES, TUM)

Zentrale Idee und Ansatz

Basierend auf eine Analyse der historischen Verbräuche, auf Simulationen von Großverbrauchern und der geplanten Campusentwicklung werden Strom-, Wärme- und Kältebedarfsszenarien für den Campus Garching entwickelt. Mit dem Ziel der optimalen Bedarfsdeckung hinsichtlich Kosten, Energieeffizienz und dem Anteil Erneuerbarer Energien soll ein Energieerzeugungssystem für den Campus geplant und durch die  Weiterentwicklung der spartenübergreifende Optimierungstools RIVUS und URBS optimiert werden. Der iterative Planungsprozess und die Optimierungssoftware werden als Open-Source-Tool veröffentlicht.

Einsatzzweck und Zielsetzung

Einsatzgebiet Quartierskonzepte, Planung/Optimierung des Gesamt-Energiesystems, Detail- und Gesamtsimulationen, Integrale Planung und nachhaltige Standortentwicklung; Anschauungsobjekt: Open-Source-Tool, um andere Akteure zur Optimierung ihres Energiesystems zu bewegen.
Perspektiven Veröffentlichung als Open Source Tool; Optimiertes Energiekonzept des Campus und resultierende ökologische und ökonomische Vorteile und übertragbare Erkenntnisse
   
Methoden-/Konzepttyp Beschreibung, Kommentar
Modellierung & Simulation Gebäudesimulation, zeitliche und räumliche Optimierung der Energieversorgung, Netzsimulation (4-Leiter Stromnetzmodell, Fernwärme), Detailmodellierung einzelne Technologien (ChengCycle, Verbesserungen an diesem etc.)
Planung & Auslegung Planung und Auslegung der Energieversorgung von Quartieren mit Mischnutzung (GHD-Profil)

Erprobung und Anwendung

Die Methodik und Optimierungstools werden als Open-Source-Tool veröffentlicht. Im Projekt wird die Methodik auf den Campus der TU München in Garching angewendet zur Entwicklung eines Roadmaps für den Aus- und Umbau des Energiesystems. Zudem soll die Methodik eingesetzt werden zur modellhaften Bewertung des Einsatzes innovativer Technologien und Lösungen in einem stark gekoppelten Energiesystem, um diese dann in der nächsten Phase in Pilotprojekten am Campus zu demonstrieren.

Das Projekt soll übertragbare Erkenntnisse zur Planung einer robusten und zukunftsfähigen Energieversorgungs- und Netzstruktur für komplexe Mischgebiete liefern. Die Spartenübergreifende Optimierungspotenziale und Tools sollen einfach auf ähnliche Quartiere, z. B. sogenannte High Tech Parks, übertragbar sein.

Anwendungsreifes Produkt oder Verfahren

Anwendungsbedingungen, Möglichkeiten Spartenübergreifende Energiesystemplanung und Leitfaden zur Optimierung des Energiesystems für Quartiere mit starker GHD-Präsenz und komplexer Mischgebiete
Anwendungsbedingungen, Möglichkeiten Identifikation von Möglichkeiten zur Ausnutzung von Synergien, auf die bei der klassischen Energiesystementwicklung nicht oder nur unzureichend zurückgegriffen werden. Dadurch können Energie- und CO2-Einsparpotenziale sowie wirtschaftliche Vorteile realisiert werden.
Bezugsadresse/Download Veröffentlichung des spartenübergreifenden Optimierungstools ‚URBS‘ - A linear optimisation model for distributed energy systems (temporal), siehe Links
Bezugsadresse/Download Veröffentlichung des spartenübergreifenden Optimierungstools ‚RIVUS‘ - A linear optimisation model for energy infrastructure networks (spatial), siehe Links

Letzte Aktualisierung: 26. Mai 2017

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