Energy Analytics & Solution Lab (EAS-Lab)

CAMPUS 02 - Fachhochschule der Wirtschaft

GRAZ | Website

Core Facilities (CF)

Kurzbeschreibung

Das ENERGY ANALYTICS & SOLUTION LAB dient der Erforschung der Sektorenkopplung von Strom und Wärme unter Einbeziehung von entsprechenden elektrochemischen und thermischen Speichern sowie der Vernetzung einer verteilten regenerativen Energieerzeugung mit einer wichtigen, zukünftigen Energieendanwendung unter Verwendung eines Energielastmanagements.

Kernelemente sind ein regeneratives Energie-Hybridnetz zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Strom, Wärme und Kälte aus mehreren Photovoltaiksystemen und mehreren Ladeeinrichtungen 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. Das Labor ist als Spezifikum auf 2 Standorte (Graz und Kapfenberg) verteilt, wobei durch die Vernetzung eine standortübergreifende Steuerung möglich ist. Dadurch können Optimierungsstrategien der Energieeffizienz des Gesamtsystems nicht nur simuliert, sondern auch messtechnisch untersucht werden. Somit kann der Abhängigkeit der volatilen Energieaufbringung durch regenerative Einspeiser 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 von Elektrofahrzeugen, Digitalisierung (Big Data), Geschäftsmodelle (Blockchain) und Transformation des Energienetzes (virtueller Energiefluss) können im Laboraufbau simuliert und gemessen werden.

Das Labor ist in Kooperation zwischen der FH CAMPUS 02 und der FH Joanneum auf 2 Standorte (Graz-Kapfenberg) verteilt, um auch das Lastmanagement zwischen derartigen Standorten optimieren zu können.

Ansprechperson

Matthias Primas MsC

Research Services

Das Energy Analytics & Solution Lab dient vorrangig der nicht-wirtschaftlichen Verwendung im Rahmen von Forschungsprojekten und Unterstützung der Lehre. Im Rahmen von kooperativen Auftragsprojekten können Unternehmen Fragestellungen an die FH CAMPUS 02 herantragen, welche dann bearbeitet werden können.

Themenschwerpunkte sind:
• Intelligentes Lastmanagement für Haushalt und Gewerbe
• Verbrauchserhebung (vor Ort Messungen)
• Haushaltsgeräte mit integriertem Lastmanagement
• Simulation des EAS-Lab
• Virtuelle Vernetzung
• Virtuelle Kraftwerke und Verbraucher
• Monitoring und Visualisierung der realen sowie virtuellen Messdaten
• Entwicklung von Energiemessmethoden

Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur

Themenbereiche des EAS Lab:

• 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 sollen erfolgen, wodurch Prognosen bzw. Forecasts über die zukünftige Energieerzeugung errechnet werden können.

• Verbrauchserhebung (vor Ort Messungen)
Um Informationen über die Bedürfnisse der zukünftigen Anwender zu erlangen, werden typische Verbrauchsgeräte sowie die Gewohnheiten (z.B. wann wird welches Gerät verwendet) der jeweiligen Zielgruppe recherchiert und analysiert. Es sollen auch mehrere Langzeitmonitorings im privaten sowie gewerblichen Bereich durchgeführt werden, sodass eine detaillierte Analyse des Energieverbrauchs möglich ist. Durch Leistungsmessgeräte wird der Energieverbrauch gezielt im Schaltkasten sowie direkt an Geräten mit erhöhtem Energiebedarf, wie z.B. Waschmaschine oder Herd, 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. In Zeiten wo die Energieproduktion die Energienachfrage übersteigt muss sichergestellt werden, dass das Übertragungsnetz aufgrund der erhöhten Energiemenge nicht negativ beeinflusst wird.

• 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 wird 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 mit einer geeigneten Kommunikationslösung 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 einspeisen. 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.

Das Labor ist auf 2 Standorte (Graz-Kapfenberg) verteilt, wobei ein wechselseitiger Zugriff auf die jeweilige Infrastruktur möglich ist.
Genannt wird hier der Laborleiter des Standortes FH CAMPUS 02 in Graz:
Matthias Primas MsC
Automatisierungstechnik
0316 6002 8165
matthias.primas@campus02.at
https://www.campus02.at/news/das-eas-lab-raum-fuer-zukunftsfragen/
Die Bearbeitung relevanter Fragestellungen unter Einsatz des Energy Analytics & Solution Labs ist im Rahmen von kooperativen Projekten und Auftragsprojekten möglich.
FH JOANNEUM / Institut für Energie-, Mobilitäts- und Umweltmanagement
https://www.fh-joanneum.at/institut/energie-verkehrs-und-umweltmanagement/
Derzeit können noch keine publikationsfähigen Projekte angeführt werden.