Residential city districts as flexibility resource : analysis, simulation, and decentralized coordination algorithms

• Wohnquartiere als Flexibilitätsressource : Analyse, Simulation und dezentrale Koordinationsalgorithmen

Molitor, Christoph; Monti, Antonello (Thesis advisor); Moser, Albert (Thesis advisor)

1. Aufl.. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2015, 2016)
Buch, Doktorarbeit

In: E.On Energy Research Center : ACS, automation of complex power systems 32

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung und Nutzung des Lastverschiebungspotentials in Wohngebieten durch Koordination von flexiblen elektrischen Lasten und Erzeugern. Insbesondere geht es um den flexiblen Betrieb von so genannten elektro-thermischen Heizanlagen, wie Wärmepumpen (WP) und Blockheizkraftwerken (BHKW), in Kombination mit thermischem Speicher. Aufgrund des hohen Primärenergieverbrauches, der zum Heizen von Wohngebäuden aufgewendet wird, bietet die Elektrifizierung von Heizanlagen großes Potential. Zuerst wird im Rahmen dieser Dissertation das Lastverschiebungspotential von Gebäudeclustern mit unterschiedlichem Anteil von elektro-thermischen Heizanlagen untersucht. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass heterogene Cluster, die gleichmäßig BHKWs und WP umfassen, das höchste Lastregelungspotential haben. Darüber hinaus ergab die durchgeführte Untersuchung, dass bereits Cluster, die weniger als 50 Gebäudeenergiesysteme umfassen, effizient für Lastregelung eingesetzt werde können und eine signifikante Lastregelung ermöglichen. Damit können Cluster eingesetzt werden, um lokale Netzdienstleistungen anzubieten, zum Beispiel zum Ausgleichen von Netzschwankungen. Des Weiteren stellt diese Dissertation einen Ansatz zur dezentralen Koordination von elektro-thermischen Heizanlagen vor, der bezüglich Datensicherheit, Systemintegration und Leistungsanforderungen an zentrale Rechenkapazitäten Vorteile gegenüber existierenden Ansätzen hat. In dem hier vorgestellten Ansatz ist jedes Hausenergiesystem durch einen Agenten repräsentiert, welcher zuerst ein lokales Optimierungsproblem löst, welches einen Satz an lokal optimalen oder nahezu optimalen Betriebsplänen liefert. In einem zweiten Schritt wählt jeder Agent den Betriebsplan aus, der die Systemzielfunktion am besten unterstützt. Die Auswahl des Betriebsplans wird durch Nachrichtenaustausch mit den anderen Agenten koordiniert. Die simulationsbasierte Analyse zeigt, dass die Algorithmen eine schnelle Konvergenz und eine gute Skalierbarkeit aufweisen. Als dritten Beitrag stellt diese Dissertation eine Ko-simulationsplattform vor, die es ermöglicht Energiesysteme von ganzen Stadtgebieten ganzheitlich zu untersuchen. Die Simulationsplattform, bezeichnet als MESCOS, ermöglicht die Simulation von Energiesystemen in Stadtgebieten unter Einbeziehung von Energieversorgungssystemen, dynamischen Gebäudemodellen sowie Regelungs- und Energiemanagementsystemen. Um die Simulation von ganzen Stadtgebieten, bestehend aus hunderten von Gebäuden, zu ermöglichen, setzt das Konzept der Simulationsplattform auf Parallelisierung und ermöglicht das effiziente Ausnutzen von modernen Simulationsrechnern.