B2G – Smart Grids Modellregion Salzburg – Building to Grid

Building to Grid

In Smart Grids wird erwartet, dass sich Gebäude – unterstützt durch Gebäudeleittechnik und Informationstechnologie – kooperativ einfügen und ihre bislang ungenutzten Freiheitsgrade (verschiebbare Lasten, Lastabwurf, Teillastbetrieb, etc.) nutzen, um den Netzbetrieb zu optimieren. In existierenden Lösungen sind Netzoptimierung und Gebäudeoptimierung voneinander entkoppelt, dies soll durch intelligente, kommunizierende Gebäudeleittechnik geändert werden. Ein Experiment soll die Grenzen und Möglichkeiten intelligenter Gebäude in einem Smart Grid aufzeigen.

Ein Drittel des weltweiten Energieverbrauchs und der zugehörigen Emissionen lassen sich auf den Gebäudesektor zurückführen. Trotz dieser prominenten Position spielen Gebäude in modernen Energienetzen eine nach wie vor passive Rolle. Während Industrie und Transport als aktive Partner in das Energiesystem eingebettet werden, sind Gebäude unidirektionale Endpunkte und fungieren als “black box”. Aktive Teilnehmer eines Smart Grid hingegen können zur Optimierung des Gesamtsystems beitragen indem sie flexibel betrieben werden und Informationen mit dem Netz austauschen können.
Gebäude beherbergen eine Reihe signifikanter Energie verbrauchender Prozesse, typischerweise Heizung, Lüftung, Klima (HLK), Beleuchtung und Gebäudetechnik. Viele der Prozesse haben operative Bandbreiten bei Sollwerten und Einsatzzeiten, die bei Bedarf ausgenützt werden können. Die Aggregation mehrerer Gebäude resultiert dabei in höherer Flexibilität und größeren disponierbaren Energiemengen. Strategien wie “demand response” (DR, das Reagieren einer Last auf Ereignisse im Energienetz) befinden sich derzeit noch in einer Frühphase, weil zwei wichtige Aspekte bislang ungelöst sind.
Einerseits ist in einem Smart Grid im Allgemeinen unbekannt, in welchem Zustand sich die einzelnen Lastprozesse befinden, anderseits fehlt es an standardisierten Mitteln, diese Zustände zu kommunizieren. Beides ist Voraussetzung für intelligentere Algorithmen, die die Lasten harmonisch in den Netzbetrieb einbetten. Dies ist der Grund, warum bis dato lediglich “open-loop control” betrieben wird, wo – gleich einer Rundsteueranlage – Lastabwurfsbedarf ohne jegliche Differenzierung als “broadcast” angefordert wird. Ein intelligentes System muss aber den Prozesszustand der Kundenanlagen berücksichtigen, Feedback erhalten und antizipativ vorgehen. Ein traditionelles DR-System kann nicht abschätzen, wie groß die Reaktion auf ein DR-Ereignis ist, bzw. wie lange die Reaktion andauern kann, weil die Lasten keinerlei Information über ihren Zustand bieten.
Es ist das Ziel des Projekts, diese Lücke zu schließen und in einer Serie von Experimenten zu klären, wo die Grenzen intelligenter Gebäude in einem Smart Grid sind. Dazu müssen flexible, generische Lastmodelle für Gebäude entwickelt und in eine interoperable Kommunikations-Infrastruktur eingebettet werden. Besondere Erkenntnisse werden im Spannungsfeld Gebäudeoptimierung vs. Netzoptimierung erwartet – bis heute werden beide Systeme getrennt voneinander optimiert. Die Studienobjekte werden im mittel- und großvolumigen Wohn- und Zweckbau angesiedelt, die Testfälle werden möglichst automatisiert abgewickelt.
Ergebnisse sind Zahlen über das operative Smart-Grid-Potenzial “aktiver” Gebäude sowie kommunizierbare und aggregierbare Lastmodelle, ein fehlender Baustein auf dem Weg zum intelligenten, Smart-Grid-fähigen Gebäude.

Building to Grid

B2G – Building to Grid

Publikationen
  • K. Pollhammer, G. Kienesberger, M. Faschang, M. Meisel, A. Wendt, T. Leber, P. Dimitriou, Smart Energy Grids in Austria – Innovative Solutions and Concepts, in Proceedings of the IECON 2013 – 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, S. 6, Wien, 2013. http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_223096.pdf
  • S. Raudaschl, B. Kaiser, R. Braun, F. Judex, G. Zucker, A. Wendt, G. Kienesberger, M. Pichler, K. Nadeje, B. Strasser; “Smart Grids Modellregion Salzburg – Building to Grid”: Endbericht, Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH FFG, Juni 2013, http://www.smartgridssalzburg.at/fileadmin/user_upload/downloads/Endbericht_Building_2_Grid.pdf
  • F. Kupzog, T. Sauter, K. Pollhammer: “IT-Enabled Integration of Renewables: A Concept for the Smart Power Grid”; EURASIP Journal on Embedded Systems, 2011 (2011), S. 1 – 8. http://www.hindawi.com/journals/es/2011/737543.html
  • T.J. Gamauf, T. Leber, K. Pollhammer, F. Kupzog: “A Generalized Load Management Gateway – Coupling Smart Buildings to the Grid”; Vortrag: IEEE Africon 2011, Zambia, Afrika; 13.09.2011 – 15.09.2011; in: “Proceedings of the 10th IEEE Africon (2011)”, (2011), ISBN: 978-1-61284-991-1; 5 S.
  • F. Kupzog, K. Pollhammer: “Automated Buildings as Active Energy Consumers”; Vortrag: 8th IFAC International Conference on Fieldbuses & Networks in Industrial & Embedded Systems (Fet 2009), Korea, Ansan; 20.05.2009 – 22.05.2009; in:  Proceedings of 8th IFAC International Conference on Fieldbuses and neTworks in Industrial and Embedded Systems (FeT 2009)”, (2009), S. 212 – 217. http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_176671.pdf
  • K. Pollhammer, F. Kupzog: “Vereinfachte thermische Modelle – Grundlage für Lastverschiebung bei Gebäuden”; Vortrag: e-nova2010, Pinkafeld (eingeladen); 11.11.2010 – 12.11.2010; in: “Nachhaltige Gebäude Planung – Betrieb – Bewertung Band 14″, (2010), S. 63 – 69. http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_191572.pdf
  • K. Pollhammer, F. Kupzog, T.J. Gamauf, M. Kremen: “Modeling of demand side shifting potentials for smart power grids”; Vortrag: IEEE Africon 2011, Zambia, Afrika; 13.09.2011 – 15.09.2011; in: “Proceedings of the 10th IEEE Africon (2011)”, (2011), ISBN: 978-1-61284-991-1; 5 S.
  • A. Wendt, K. Pollhammer: “Turning Buildings into Active Participants of a Smart Grid”; Vortrag: ComForEn 2012, Wels (eingeladen); 05.09.2012; in: “Tagungsband ComForEn 2012″, (2012), 74 S.
  • G. Zucker (2013), “Gebäude Intelligent Simulieren,” presented at the Powerbuilding and Data Center Convention 2013, Zurich, Switzerland, 28-May-2013.
  • G. Zucker (2011), “Wissenschaftliche Betriebsoptimierung von Gebäuden und Gebäudegruppen,” presented at the PowerBuilding and Data Center Convention 2011, Vienna, Austria, 09-Nov-2011.
  • G. Zucker (2010): Building Simulation and Control. SmartCoDe Expert Cooperation Workshop 2010, Wien, November 2010.
  • G. Zucker, C. Hettfleisch (2010): Building2Grid – Netzfreundliche Gebäude. Smart Grid Modellregionen Salzburg. Smart Grids Week Salzburg, Salzburg (Juni 2010). (Konferenzposter)
  • G. Zucker (2010): Building2Grid – Wie wird ein Gebäude Smart-Grid-fähig?. ComForEn 2010 Kommunikation für Energienetze der Zukunft – Vom aktiven Verbraucher zum Smart Grid, FH Oberösterreich, 29.09.2010, Wels (Konferenzvortrag mit Tagungsband).
  • F. Judex (2013):”Grid friendly Buildings”, In: Resourcenschonende Gebäude – Resourcen nachhaltig nutzen, Plusenergiebauweise, Energieautarkie und Kreislauffähigkeit, 47-50, BO-Verlag, Wien, 978-3-900403-42-3
  • Zucker G., Palensky P., Judex F., Hettfleisch C., Schmid R.R. (2012): Energy Aware Building – Automation Enables Smart Grid-friendly Buildings, e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, Heft Juni 2012, Springer-Verlag (Hrsg.).
  • G. Zucker, P. Palensky, F. Judex, C. Hettfleisch, R. R. Schmidt, and D. Basciotti (2012), “Energy aware building automation enables Smart Grid-friendly buildings,” e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. Volume 129, no. Issue 4, pp. 271–277.
  • S. Soucek and G. Zucker (2012), “Current developments and challenges in building automation,” e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. Volume 129, no. Issue 4, pp. 278–285.
  • Braun, R.; Judex, F. & Zucker, G. (2012), “Identifying Simplified Models for Load Shifting Control MATHMOD 2012 – 7th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, 2012, Vienna
  • P. Palensky, G. Zucker, F. Judex, R. Braun, F. Kupzog, T. Gamauf, and J. Haase (2011), “Demand Response with Functional Buildings using simplified Process Models,” in Proceedings of the 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2011), pp. 3113–3118.
  • G. Zucker, R. Braun, F. Judex, and C. Hettfleisch (2011), “Worst-Case Abschätzung von thermischem Gebäudeverhalten”, in Proceedings of the e-nova 2011.
  • G. Zucker, F. Kupzog, and D. Reiter (2011), “Smart Grids Strategy for Salzburg, Austria,” in Proceedings of the 21st International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED), Frankfurt, 6-9 June 2011, Paper 0787.
  • Pollhammer K., Zucker G. (2011): Demand Side Management with Buildings – Introducing the projects Building2Grid and BED. ComForEn2011 – Fachkonferenz: Kommunikation für Energienetze der Zukunft– Vom aktiven Verbraucher zum Smart Grid, 22.-23.09.2011, Wels.
  • Gamauf T., Leber T., Pollhammer K., Kupzog, F. (2011): A generalized load management gateway coupling smart buildings to the grid. Proceedings IEEE – AFRICON 2011, 13.-15.09.2011, Zambia.
  • Gamauf T., Kupzog F., Polhammer K. (2011): Building to Grid – Gateway. A Generalized Load Management Gateway. Workshop: Standards: An Architecture for the Smart Grid, 06.04.2011, Sophia Antipolis (F). (Konferenzposter).
  • G. Zucker, R. Braun, F. Judex, F. Kupzog (2011): Building2Grid – Elektrische Lastverschiebung mit thermischen Gebäudespeichern. Smart Grids Week Linz, Linz (Mai, 2011). (Konferenzposter)

About Alexander Wendt

Alexander Wendt was born in 1981 in Sweden. After high school and a year of study at the University of Linköping, Sweden, in 2002 he began studying Technical Physics at the Vienna University of Technology. His focus was applied and computer-supported physics. The degree program was completed in 2007. Between 2007 and 2010 he worked as a Safety Engineer at Frequentis AG. Since 2010 he is working on his dissertation in Cognitive Automation and situational awareness. His research focuses on the areas of artificial intelligence, knowledge representation, and database systems. In cooperation with the company Frequentis AG, he was active in the project GÖPL (Public Private Joint Situation Report), with the task of evaluating data base systems. Since mid-2011, he has worked in the field of Smart Grids in a project in cooperation with Siemens AG, where he is responsible for the development of network communication.
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