EnEff:Stadt - Bottrop, Welheimer Mark: Ein integriertes Planungswerkzeug für Mischgebiete
Ziel des Projektes InnovationCity Ruhr | Modellstadt Bottrop“ ist es das industriell geprägte Stadtquartier energetisch zu sanieren und die CO2 Emissionen bis zum Jahre 2020 um ca. 50% zu reduzieren. Die Besonderheit der Region „Welheimer Mark“ ist die für das Ruhrgebiet typische Struktur eines Mischgebietes. Sowohl energieintensive Industrieunternehmen, als auch typische Ein- und Mehrfamilienhäuser lassen sich in diesem Gebiet finden. Die Herausforderung ergibt sich darin sinnvolle Synergien zwischen Industrie- und Wohnbereich zu identifizieren und zu nutzen. Denkbar wäre beispielsweise eine industrielle Abwärmenutzung zur Deckung des Heizwärmebedarfes des Wohnviertels. Die entwickelten Energiekonzepte sollen nicht nur als ein sinnvolles Zukunftskonzept für die Region Bottrop dienen, sondern viel mehr ein Beispiel für weltweite heterogene bzw. industriell geprägte Regionen sein.
Projekt-Kreislauf
Basierend auf einer Gebäudebestandsaufnahme wird eine Geoinformationssystem-Datenbank (GIS) entworfen. Ein Gebäudeparametrierungstool wird zur Erstellung vereinfachter Gebäudemodelle nach der VDI 6007 verwendet. Mit Hilfe dieser Gebäudeparameter werden Simulationen in der objektorientierten, multiphysikalischen Programmiersprache Modelica durchgeführt. Die Analyse konzentriert sich auf die Interaktion zwischen Gebäuden, thermischen und elektrischen Netzen sowie den Regelungssystemen von Stadtbezirken. Ein mathematischer Solver wird zur Optimierung energetischer, ökonomischer und ökologischer Parameter verwendet. Ergebnisse können in einer GIS-Oberfläche betrachtet und in die GIS-Datenbank eingespeichert werden.
Thermische Modelle
Je nach Komplexität des Simulationsmodells, welches sich aus einem Stadtgebiet mit unterschiedlichen Versorgungssystemen, Wärmeübertragern, Industrie-und Wohngebäuden ergibt, folgen für die Simulation hohe Rechenzeiten. Daher sollte ein Kompromiss zwischen der Genauigkeit der Modelle und den Rechenzeiten gefunden werden. Um die oben genannten Ziele zu erreichen, ist ein Ansatz zur Reduzierung der thermo-hydraulischen Modelle zu rein thermische Modellen implementiert worden. Weitere Entwicklungen in dieser Richtung werden Simulationen mit größerer Komplexität im Bereich des Energie-Managements von Stadtteilen ermöglichen und Potentiale zur Energieeinsparung, -sicherheit und Nachhaltigkeit erschließen.
Elektrische Modelle
Für die Analyse des Einflusses dezentraler Komponenten auf das lokale Verteilnetz wird zunächst die Simulationsplattform NEPLAN verwendet. Diese ermöglicht es den Einfluss verschiedener Algorithmen und Optimierungskonzepte für den Betrieb und die Planund dezentraler Anlagen auf das Niederspannungsnetz zu testen. Ein neues Spannungsprofil ergibt sich durch die Eingabe von Einspeise- und Verbrauchsdaten in jedem Zeitschritt. Weiterhin besteht die Möglichkeit eine quasi-statische Simulation, basierend auf einer neu entwickelten „Dynamic Phasor Library“ in Modelica, durchzuführen. Auf diese Weise kann eine kombinierte Simulation zwischen elektromagnetischen- und elektromechanischen transienten Ausgleichsvorgängen für gewünschte Zeitschritte durchgeführt werden.
Ziel / Vision
Das Projekt EnEff:Stadt – Bottrop, Welheimer Mark strebt die Entwicklung einer Softwarekette zur Simulation, Analyse sowie Optimierung von Stadtbezirken mit Schwerpunkt auf energetischen, ökonomischen und ökologischen Faktoren an. Ihre Nutzung soll die energetische Optimierung des Quartiers „Welheimer Mark“ unterstützen. Dieser Stadtteil Bottrops könnte somit ein Vorbild für intelligente Verknüpfung von Industrie und Wohnen werden. Schließlich könnte die Software zur Optimierung einer Vielzahl von Städten verwendet werden und somit Energieeffizienz steigern und CO2-Emissionen senken.
Wir danken für die finanzielle Unterstützung des BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie), Fördernummer 03ET1138D.