Nachhaltiges und intelligentes Energiemanagement: Fallstudie Bahnsysteme

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Khayyamim, Sara

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Sara Khayyamim

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  REMS scheme Urheberrecht: RWTH Aachen

MERLIN, ein FP7 Projekt, zielt darauf ab, ein integriertes Energiemanagement-Konzept für Europas elektrisches Schienensystem zu untersuchen, zu entwickeln und zu demonstrieren. Durch die Ergänzung von Intelligenz, welche fahrzeugeigene sowie Strecken- und Koordinationsdienste integriert, werden der Energieverbrauch und die Nachhaltigkeit der Schienensysteme verbessert. MERLIN wird von UNIFE koordiniert, während CAF die Technische Leitung des Projektes ausübt.

Der neue Ansatz von Merlin (http://www.merlin-rail.eu/) besteht daraus, die Wechselwirkungen zwischen dem elektrischen Bahnversorgungsnetz, dem öffentlichen elektrischen Netz und dem Bahnbetrieb zu optimieren. Dies wird durch die Koordination von Lasten, Erzeugungseinheiten sowie Speichereinheiten (sowohl an Bord der sich bewegenden Objekte als auch feste Installationen) in Abstimmung mit den Fahrplänen und den Entscheidungen des Strommarktes erzielt. Das MERLIN Konsortium vereint Akteure des Schienensektors aus neun Europäischen Ländern inklusive industriellen und akademischen Partnern sowie Repräsentanten von Bahnbetreibern, um gemeinsam das Railway Energy Management System (REM-S) zu etablieren.

Das Konzept

REM-S leitet den Betrieb der energiebezogenen Einheiten des Schienensystems, um den Energieverbrauch, den Leistungsbedarf sowie die Gesamtsystemkosten zu optimieren. Das Energiemanagement wird durch die Idee der Rückkopplung und des Einsparens von Energie einzelner Systemeinheiten geleitet, um diese anderen Einheiten zur Verfügung zu stellen.

Zudem wird die Erzeugung aus erneuerbaren Energiequellen eingebunden, um nachhaltige und lokale Energiequellen in das Schienensystem einzubeziehen. In diesem Sinne sind die Züge nicht nur passive Lasten sondern gleichzeitig aktive Akteure, welche eine Schlüsselrolle im REM-S einnehmen.

Die Entwicklung des Railway Energy Management System

ACS hat zur Definition der Vorgaben von REM-S im Sinne der Betriebsziele beigetragen, und hat aktiv an der Identifikation der verschiedenen Subsysteme des Schienensektors beigetragen, welche eine wesentliche Rolle in den Energieflüssen des Systems ausüben. Des Weiteren bringt ACS Smart Grid Expertise ein, was zu einer signifikanten Zusammenarbeit in der Spezifikation der REM-S Architektur als Repräsentation von Smart Grid Funktionalitäten innerhalb von Schienensystemen führte.

Die REM-S Architektur basiert auf Betriebsmodi in mehreren Ebenen (Day-Ahead und Minutes-Ahead), inclusive der Optimierung auf Systemebene und des dynamischen Energiemanagements in den Zügen. Entsprechend der Größe des Schienensystems werden die Komplexität und die Höhe der Unsicherheiten sowie die dynamischen und sich bewegenden Lasten abgebildet. Das REM-S besteht aus einer Architektur von 3 Ebenen, welche das System in verschiedene Zonen unterteilt und ein hybrides zentrales/dezentrales Managementsystem bietet. Die Day-Ahead Optimierung startet mittels zentraler Intelligenz des Systems und sendet einen Day-Ahead Plan an die Zonen. Die dezentrale Echtzeitoptimierung wird nun pro Zone realisiert, in Abstimmung mit allen Subsystemen, welche sich in der jeweiligen Zone befinden.

Smart Grids und Schienenfahrzeugsysteme

Die Entwicklung der REM-S Architektur erfordert die Harmonisierung von Standards, Protokollen und Datenmodellen verschiedener Geschäftsdomänen; gleichzeitig müssen Kommunikationsanforderungen für die IKT Infrastruktur sowie Geschäftsziele und –prozesse definiert werden. In diesem Sinne wurde das Smart Grid Architecture Model (SGAM) als gemeinsame Sprache angewandt. Das SGAM wurde ursprünglich zur Unterstützung des Standardisierungsprozesses entwickelt und kann als Hilfestellung in der Entwicklung von Smart Grid Architekturen herangezogen werden, insbesondere aufgrund der definierten Struktur von fünf interagierenden Ebenen (Business, Funktion, Information, Kommunikation, Komponente), Zonen und Domänen.

Um REM-S entsprechend des SGAM Modells zu entwickeln, wurden zunächst die REM-S Ziele, das Konzept sowie die relevanten Anwendungsfälle definiert und analysiert. In dieser Phase wurden die Definitionen der Funktionsebene sowie der Business-Ebene entwickelt. Anschließend wurde die Schicht der Komponenten, der Information und der Kommunikation entwickelt, begleitet von einer Analyse an fehlenden Standards zur Harmonisierung von Smart Grid und Schienensystem-Kommunikation.

Derzeit entwickelt ACS das REM-S Tool für die Day-Ahead sowie für die Minutes-Ahead Optimierung, welche anschließend durch fünf Szenarien aus verschiedenen Europäischen Ländern überprüft wird.

Dieses Projekt wird von dem siebten Rahmenprogramm der Europäischen Union für Forschung und technologische Entwicklung unter der Fördernummer 314125 durchgeführt.

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