Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB

Arbeitspakete

Arbeitspaket 1: Datenakquise und -analyse

Ziel des ersten Arbeitspakets ist die Datenerhebung und -analyse, um eine Grundlage für die beiden Softwaretools (Produktions-Lastgang-Tool und EGI-Optimierungs-Tool) zu schaffen. Dazu werden zunächst die Randbedingungen der verschiedenen Produktionssysteme und -anlagen der Projektpartner ermittelt und die relevanten Daten bezüglich der Produktion sowie der EGI erhoben und anschließend für die Tools aufbereitet.

© Fraunhofer IISB
Screenshot vom Lastprofil-Analyse-Tool, welches zur systematischen Analyse der Eingangsdaten eingesetzt wird. Neben elektrischen Lastprofilen bzw. Lastgängen können zahlreiche andere Arten von zeitlichen Leistungsverläufen (z. B. Wärmebedarf oder PV-Profil) analysiert werden.
© C. Hoffmann / Fraunhofer IPA
Mobile Messungen an einer Anlage, für welche noch keine archivierten Messdaten zur Verfügung standen.

Inhalte des Arbeitspakets:

  • Definition von Fallstudien
  • Datenakquise bei den Projektpartnern
  • Aufbereitung der Produktions- und Energiedaten
    • Datenanalyse
    • Aufbereitung der Daten für die Verwendung in den Software-Tools       
  • Definition von branchenunabhängigen EGI-Einflussgrößen und Messkonzepten
  • Entwicklung eines Lastprofil-Analyse-Tools zur Auswertung von Last- und Erzeugungsprofilen mittels
    • verschiedenen grafischen Darstellungen
    • Berechnung von Kennzahlen
    • statistische Analyse des eingelesenen Zeitverlaufs

Arbeitspaket 2: Auswertungsalgorithmus und Lastprofil-Modellbildung für die Produktion

Im zweiten Arbeitspaket steht die Entwicklung eines Tools zur Lastprofil-Prognose der Bereiche Strom, Wärme und Kälte im Vordergrund. Dazu werden Machine-Learning-Modelle anhand von vergangenen Lastprofilen, Wetter- und Produktionsdaten trainiert. Unter Verwendung von Produktionsplanungsdaten und Wetterprognosen können anschließend mit den trainierten ML-Modellen Lastprofil-Prognosen erstellt werden. Anhand dieser Prognosen können im Arbeitspaket 3 notwendige Betriebsstrategien abgeleitet werden.

© Fraunhofer IPA
Screenshots vom Lastgang-Prognose-Tool, welches zum Einlesen der Daten (oben), zum Training der Modelle und zur Prognose der Lastgänge (unten) eingesetzt wird.
© Fraunhofer IPA
Schematische Vorgehensweise zur Entwicklung von ML-Modellen auf Grundlage von vergangenen Lastprofilen, Wetter- und Produktionsdaten und anschließender Lastprofil-Prognose anhand von Produktionsplanungsdaten und Wetterprognosen.

Inhalte des Arbeitspakets:

  • Entwicklung von Algorithmen für die Prognose von Lastprofilen
    • Untersuchung verschiedener ML-Methoden auf ihre Anwendbarkeit im Tool
    • Bewertung der Methoden auf Basis der Daten aus dem Arbeitspaket 1
  • Entwicklung eines Produktions-Lastgang-Tools zur Vorhersage der Energiebdarfe auf Basis von Planungs- und Wetterdaten
    • webbasiertes Tool
    • Funktionsumfang
      • Auswahl und Visualisierung der Eingangsdaten
      • Anwendung ML-Methoden zur Prognose der Energiebedarfe
      • Expertenmodus mit erweiterten Möglichkeiten

Arbeitspaket 3: Optimierte Betriebsstrategien für EGI-Komponenten basierend auf Modellen

Ziel des Arbeitspakets 3 ist die Entwicklung eines EGI-Optimierungs-Tools, mit welchem die Betriebsstrategie der EGI optimiert und eine Anpassung der EGI (zum Beispiel Erweiterung um Speicher) untersucht werden kann. Als Grundlage hierfür dient die Lastprognose aus AP2. Die EGI kann dabei dynamisch angelegt und parametriert werden.

© Fraunhofer IISB
Screenshot vom EGI-Optimierungs-Tool, welches zur Konfiguration der energetischen Gebäudeinfrastruktur (EGI) sowie zur Simulation und Optimierung des Energiesystems auf Basis von eingelesenen Lastgängen eingesetzt wird. Mit Hilfe eines Jobsystems können Simulationen automatisiert durchlaufen werden.
© C. Lange / Fraunhofer IISB
Das EGI-Optimierungs-Tool beinhaltet aktuell die in der Tabelle aufgeführten Komponenten. Neben der Bezeichnung und Beschreibung werden auch die vorhandenen Betriebsstrategie-Module sowie die beteiligten Energiesektoren aufgezeigt.
© C. Lange / Fraunhofer IISB
Die für ProEnergie entwickelten Komponenten bestehen aus einer Betriebsstrategie sowie den eigentlichen Simulationsmodellen. Bei dem Beispiel Blockheizkraftwerk sind neben dem BHKW selbst noch ein Wärmespeicher sowie eine Motorklappe, welche Umschaltverzögerungen einbringt, enthalten.

Inhalte des Arbeitspakets:

  • Simulationsmodelle für EGI-Komponenten
    • Entwicklung einer Modellbibliothek mit allen relevanten EGI-Komponenten
    • Untersuchung von Ansätzen zur automatisierten datenbasierten Modllierung
  • Intelligente Betriebsstrategien für Einzelkomponenten und Energienetze (Wärme, Kälte)
    • Definition der Randbedingungen
    • Integration der Betriebsstrategien in die Modellbibliothek   
  • Auslegung von Komponenten unter verschiedenen Optimierungszielen
    • Eigenversorgungsoptimierung, z. B. mit PV-Anlage mit Batteriespeicher
    • Lastspitzenreduktion, z. B. mit BHKW und Batteriespeicher
    • Wirtschaftliche Bewertung mit Hilfe eines zusätzlichen Excel-Tools
  • Entwicklung eines EGI-Optimierungs-Tools zur Simulation und Optimierung der energetischen Gebäudeinfrastruktur
    • eigenständige Anwendung
    • Funktionsumfang
      • flexible Konfiguration und Parametrierung des EGI-Systems
      • Import und Analyse der benötigten externen Daten (z. B. Lastgänge)
      • Simulation des System inkl. dynamischer Berechnung wichtiger Kennzahlen (z. B. Lastspitze, Eigenversorgungsgrad, Eigennutzungsgrad, Energiebilanzen etc.)
      • Jobliste zur Ausführung von Simulationen mit Parametervariationen
      • Optimierung eines Parameters (inkl. abhängiger Parameter) auf Basis einer vorgebenen Zielgröße

Arbeitspaket 4: Exemplarische Anwendung und Validierung in Unternehmen

Im letzten fachlichen Arbeitspaket werden die in den Arbeitspaketen 2 und 3 entwickelten Software-Werkzeuge getestet und bei den Projektpartnern evaluiert. Hierfür werden anhand von Fallstudien verschiedene Maßnahmen untersucht, welche die EGI der beteiligten Industriefirmen erweitern und optimieren.

© Fraunhofer IISB
Vorgehen bei der Anwendung des Produktions-Lastgang-Tools und des EGI-Optimierungstools bei den Projektpartnern. Die Software-Werkzeuge werden zur Planung von Maßnahmen sowie zu deren Validierung eingesetzt.
© C. Lange / Fraunhofer IISB
Darstellung des Auslegungsergebnisses einer PV-Anlage mit Batteriespeicher. Die Auslegung wurde im EGI-Optimierungs-Tool mit Hilfe einer Jobliste erstellt. Jedes Diagramm steht für eine Peakleistung der PV-Anlage (z. B. 1000 kW) und zeigt den Eigennutzungsgrad OCR (own consumption rate) sowie den Eigenversorgungsgrad SSR (self supply rate) über der Batteriekapazität auf.
© A. Schardt / Fraunhofer IISB
Das EGI-Optimierungs-Tool wurde mit Daten der beteiligten Projektpartner sowie mit Messungen aus dem Reallabor für intelligente Energiesysteme am Fraunhofer IISB validiert.

Inhalte des Arbeitspakets:

  • Anwendung der Software-Werkzeuge bei Partnern
  • Definition von umsetzbaren Maßnahmen, zum Beispiel
    • Erweiterung bestehender PV-Anlagen
    • Lastspitzenreduktion mit Speichern und Generatoren
    • Integration Batteriespeicher zur Eigenversorgungsoptimierung
    • etc.
  • Exemplarische Anwendung ausgewahlter Maßnahmen
  • Auswertung und Fazit

Arbeitspaket 5: Projektmanagement

Das Arbeitspaket zum Projektmanagement umfasst alle organisatorischen Tätigkeiten in ProEnergie.

© Fraunhofer IISB
Um einen optimalen Informationsfluss zwischen den Projektpartnern sicherzustellen, werden neben halbjährlichen Projekttreffen weitere bi-/trilaterale Meetings in einem Zyklus von zwei bzw. drei Wochen durchgeführt.

Inhalte des Arbeitspakets:

  • Koordination und Planung von Meetings und Projekttreffen
  • Überwachung der Zeit- und Kostenpläne
  • Erstellung der Berichte
  • Bereitstellung einer Plattform für den Datenaustausch
  • Öffentlichkeitsarbeit (z. B. Website, Veröffentlichungen)