Kurzbeschreibung
Das Energy Analytics & Solution Lab (EAS-Lab) wurde an den Standorten der FH Joanneum in Kapfenberg und FH Campus02 in Graz als Kooperationsprojekt errichtet. Es besteht aus einem regenerativen Energie-Hybridnetz zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Strom, Wärme und Kälte aus mehreren Fotovoltaiksystemen, einer Solarthermieanlage und mehreren Ladeeinrichtungen (AC+DC Quickcharger, Wallbox) für die Elektromobilität. Innerhalb dieses Hybridnetzes kann die regenerativ gewonnene Energie direkt am jeweiligen Betriebsort verbraucht, in Batterien oder im Wärmespeicher gespeichert oder in das Netz gespeist werden. Die errichtete Forschungsinfrastruktur ist am jeweiligen Standort fix installiert, durch die Vernetzung wird eine standortübergreifende Steuerung möglich, womit Optimierungsstrategien der Energieeffizienz des Gesamtsystems nicht nur simuliert, sondern auch messtechnisch untersucht werden können. Duch ein intelligentes Lastmanagement kann der volatilen Charakteristik von regenerative Einspeisern aktiv entgegengewirkt werden. Neue und Innovative Ansätze aus den Bereichen Hybridisierung (Strom zu Wärme, Strom zu Mobilität, Strom zu Kälte, Energiespeicherung von Überschuss), innovative Ladetechnologien für Elektrofahrzeuge, Digitalisierung (Big Data), Geschäftsmodelle (Blockchain) und Transformation des Energienetzes (virtueller Energiefluss) können im Laboraufbau simuliert und gemessen werden.
Ansprechperson
FH-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Priv.Doz. Christof Sumereder
Research Services
In unserem Labor haben wir moderne PV-Anlagen, Solartracker, Batteriespeicher, Hybrid-Wärmespeicher, Ladeinfrastruktur für Elektromobilität, Gebäudeklimatisierung, Gebäudeleittechnik, Smart-Home Vernetzung, 3D-Visualisierung mittels AR/VR-Brillen
Unsere Anlagen sind mit modernster Messtechnik ausgestattet, sodass wir hochauflösende Daten aufzeichnen können. Sämtliche Anlagen sind mit einer Leittechnik vernetzt und kann mittels Fernzugriff geregelt werden.
* F&E-Kooperationen
* Angewandte, wissenschaftliche Innovationsprojekte
* Wissenschaftliche Arbeiten
* Simulationen und Analysen
* Machbarkeitsstudien
Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur
• Intelligentes Lastmanagement für Haushalt und Gewerbe
Es werden optimale Lastmanagement-Konzepte für unterschiedliche Zielgruppen im privaten sowie gewerblichen Bereich erarbeitet. Dabei werden am Markt verfügbare Systeme analysiert, wobei auch auf die Installations-, Konfigurations- sowie Wartungsarbeiten eingegangen wird. Anschließend werden die Komponenten sowie gesamte Lösungen systematisch bewertet und können gegebenenfalls weiterentwickelt werden. Speziell die Einbindung von meteorologischen Daten sowie der aktuellen Tageszeit ermöglichen Prognosen über den zukünftigen Energiebedarf.
• Verbrauchserhebung (vor Ort Messungen)
Um Informationen über die Bedürfnisse der zukünftigen Anwender zu erlagen, werden typische Verbrauchsgeräte sowie die Gewohnheiten (z.B. wann wird welches Gerät verwendet) der jeweiligen Zielgruppe recherchiert und analysiert. Es kommen auch mehrere Langzeitmonitore im privaten sowie gewerblichen Bereich zum Einsatz, sodass eine detaillierte Analyse des Energieverbrauchs möglich ist. Durch Leistungsmessgeräte wird der Energieverbrauch zentral sowie direkt am Geräten erhoben. Somit ist der Energieverbrauch genau zuteilbar und kann in Folge effizient durch das Einbeziehen von Lastmanagementsystemen optimiert werden. Das Ziel ist es, ein effizientes Energiemanagement zu entwickeln, sodass während eines Energieüberschusses (PV Anlage erzeugt aktuell mehr Energie als verbraucht wird) die bereitstehende Energie bestmöglich intern verwertet wird und nicht in das Versorgernetz eingespeist werden muss. Dabei soll durch das Lastmanagement und automatisierte Regelungen die Energie optimal in dem Akkumulator gespeichert oder ausgewählte Elektrogeräte verwendet werden.
• Haushaltsgeräte mit integriertem Lastmanagement
Ein Lastmanagementsystem soll direkt in das jeweilige Haushaltsgerät integriert werden. Es werden Regelungsmechanismen entwickelt, die es ermöglichen die Geräte abhängig von der derzeitigen Energieverfügbarkeit zu steuern. Dabei stehen die Geräte miteinander im Kontakt (IoT). Die Geräte müssen untereinander abklären, wer wann welche und wie viel Energie beziehen darf. Hierbei muss sichergestellt werden, dass immer genügend Energie vorhanden ist, um den Arbeitsprozess des Gerätes sicher abzuschließen. Außerdem muss eine Lösung gefunden werden, um auftretende Probleme bei spontanem Energiemangel beheben zu können. So wird z.B. die Waschmaschine nur eingeschalten, wenn gewährleistet ist, dass die Sonne für die Dauer des Waschvorgangs scheint und kein anderes Gerät priorisiert ist.
• Simulation des EAS-Lab
Mit der Simulationsumgebung Matlab – Simulink wird die gesamte Laborinfrastruktur inkl. Akkumulator, PV-Anlage und Verbraucher simuliert. Die Ergebnisse werden in Folge mit den realen Messwerten verglichen, wodurch die Modellparameter angepasst und optimiert werden können. Hierdurch können in Folge ganze Haushalte sowie Gewerbebetriebe nachgebildet und verschiedenste Szenarien simuliert werden, um als Ziel die Energiebilanz sowie den Eigenverbrauch des Kunden zu optimieren.
• Virtuelle Vernetzung
Es wurde eine virtuelle Vernetzung der beiden Laborumgebungen implementiert. Hierfür werden an den beiden Standorten Messdaten bezüglich der momentanen Energieerzeugung der PV-Anlagen, des Energieverbrauches der im Rahmen des Projektes errichteten Laboreinheiten sowie der Akkumulatorladestände erhoben. Diese Daten werden über eunen sicheren VPN-Tunnel zwischen den Laboren übertragen, wodurch die Menge an Energie die virtuell zwischen den Laboren ausgetauscht bzw. transferiert werden kann bekannt ist. Somit kann z.B. die gewonnene Sonnenenergie am Standort Kapfenberg (mit Berücksichtigung der Übertragungsverluste) virtuell an die FH CAMPUS 02 nach Graz transferiert werden und umgekehrt. Die virtuelle Vernetzung bietet die Möglichkeit um beliebig viele Akteure erweitert zu werden und stellt die Grundlage für viele weitere Untersuchungsgebiete dar.
• Virtuelle Kraftwerke und Verbraucher
Es werden virtuelle Verbraucher und Erzeuger von Energie simuliert und in das gemeinsame Energienetzwerk eingebunden. Neben der Simulation von Kleinproduzenten wie z.B. Prosumer können auch virtuelle Kraftwerke ihre Energie in das Netzwerk virtuell einzuspeisen. Außerdem besteht die Möglichkeit innovative Lastmanagementsysteme für Verbrauchergemeinschaften zu untersuchen. Da das Energienetzwerk um Verbraucher und Erzeuger beliebig erweiterbar ist, lassen sich von Mehrparteienhäuser über Nachbarschaftsverbunde bis hin zu Kommunen simulieren und untersuchen.
• Monitoring und Visualisierung der realen sowie virtuellen Messdaten
Um die virtuelle gekoppelte Laborinfrastruktur, sowie deren virtuelles Energienetz anschaulich darzustellen, werden Methoden zur Visualisierung der Energieverbraucher sowie der -erzeuger erarbeitet. Dies kann z.B. über Energieflussdiagramme erfolgen, wodurch detaillierte Informationen über die Herkunft oder der Verwendungsart der Energie grafisch vorliegen. Die Visualisierung der Messwerte (aktuell, Tagesverlauf etc.) auf Bildschirmen trägt zu einem besseren Verständnis der komplexen Zusammenhänge, wie sie häufig im Energieversorgungssektor anzutreffen sind, bei.
• Entwicklung von Energiemessmethoden
Es werden Möglichkeiten untersucht, um Lade- und Endladekennwerte sowie Last – und Akkumulatorwerte effektiv messen zu können. Hierdurch können die Auswirkungen verschiedener Belastungen auf den Akkumulator erfasst werden und seine Effizienz umfassend betrachtet werden. Außerdem können verschiedene Kennwerte der Ladestationen untersucht werden.
Versuchsanlagen für erneuerbare Energieerzeugung, Energiespeicherung, Elektromobilität, Gebäudeleittechnik, Klimatisierung, Leittechnik, Smart Home, IoT
Unsere Experten sind aus den Bereichen Energietechnik, Wärmetechnik, Elektrotechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Umwelttechnik, Automatisierungstechnik, Hard-/Softwareentwicklung, Verkehrstechnik, Logistik, Elektromobilität
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