Microgrid Forschungslabor

BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH

Wieselburg | Website

Open for Collaboration

Short Description

Microgrids sind kleine, lokale Energienetze, die Betriebe, Gemeinden und Kommunen selbständig mit Energie versorgen. Diese lokalen und regionalen Konzepte der Energieversorgung können einen wesentlichen Beitrag in Richtung Energieunabhängigkeit und effizientere Integration von Erneuerbaren in das Energiesystem leisten.

Das Microgrid Forschungslabor in Wieselburg vernetzt Technologien wie Hackgutkessel, Wärmepumpe, Absorptionskälteanlage und thermische Speicher mit Photovoltaik (PV)-Anlage, Batteriespeicher und Ladesäulen für E-Autos zu einem sektorübergreifenden Microgrid. Das Forschungslabor bietet eine umfassende Testumgebung für die Entwicklung von intelligenten Systemen, die es ermöglichen erneuerbare Energien besser einzubinden und zu nutzen.

Dabei werden von BEST entwickelte übergeordnete Energiemanagementsysteme getestet, welche den aktuellen und zukünftigen Verbrauch berechnen, die Energie dorthin verlagern, wo sie gerade benötigt wird, oder den Verbrauch direkt reduzieren. Durch die übergeordneten Energiemanagementsysteme werden die Energie- und Kostenflüsse optimiert, das Netz entlastet und Emissionen reduziert. Die Forschungsarbeiten rund um das Forschungslabor sind ein wichtiger Baustein bei der Umsetzung von Energiegemeinschaften. Die Erkenntnisse werden bereits in realen Energiegemeinschaften und Gemeinden in Niederösterreich aber auch in der Steiermark oder Salzburg umgesetzt.
Am Microgrid Forschungslabor werden Testläufe eines optimierten übergeordneten Energiemanagementsystem-Regler durchgeführt. Die entwickelten und getesteten Optimierungsalgorithmen verarbeiten einerseits Lastdaten des Technologie- und Forschungszentrums (Strom-, Wärme- und Kältebedarf) und andererseits Produktionsdaten der Energietechnologien (PV, Hackgutkessel,...) sowie die aktuellen Speicherzustände der thermischen und elektrischen Speicher. Durch die entwickelten Algorithmen wird sichergestellt, dass ein Optimum aus Kosteneinsparung, CO2 Einsparung und Netzdienlichkeit erreicht wird.

Das Projekt wird vom Amt der NÖ Landesregierung, Abteilung Wirtschaft, Tourismus und Technologie gefördert. Die Gesamtprojektleitung hat BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH.

Contact Person

Stefan Aigenbauer

Research Services

Ziel dieses Projekts ist es, ein Microgrid-Testlabor zu etablieren, dass über einen übergeordneten Microgrid-Regler verfügt und die Methodik bzw. das Know-How zu Microgrids für Dienstleister und Entwickler von Systemkomponenten (z.B.: Daten-Monitoring, Energiemanagementsysteme, E-Laderegler, etc.) zugänglich macht. Über einen offenen Zugang zum Forschungslabor können verschiedene Testzyklen unter der Verwendung von gemessenen Echtzeit-Lastdaten, Wetterdaten und Prognosedaten von entsprechenden Anwendern durchgeführt werden. Diese Testzyklen können zum Beispiel aus einem einfachen Microgrid-Szenario bestehen, in dem bspw. eine PV-Anlage in Kombination mit einem Batteriespeicher für den Eigenverbrauch optimal genutzt werden, wodurch Kosten und CO2-Emissionen innerhalb des Energiesystems gespart werden.

Ferner ist es möglich, über einen koordinierten Einsatzplan der verfügbaren Energietechnologien (wie PV und Batterie) verschiedene Ladeszenarien an Wochenendtagen und Entladeszenarien an den Wochentagen zu realisieren. Elektrofahrzeuge (EVs) können so ebenfalls in den Testzyklen berücksichtigt werden, wobei der vorhergesagte Zeitplan für die E-Ladezeiten verwendet werden kann. So können das PV- und Batteriespeichersystem optimal genutzt werden, um E-Autos zu laden und Lastspitzen zu vermeiden. Dabei würden die definierten Zielfunktionen der verwendeten Steuerungsalgorithmen (Kosten- und/oder CO2-Minimierung des Microgrids) in allen Testzyklen und in Echtzeit zum Einsatz kommen.

Methods & Expertise for Research Infrastructure

Die Infrastruktur des Microgrid-Testbeds besteht hauptsächlich aus einer PV-Anlage, einem Batteriespeicher, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, einem gemeinsamen Kopplungspunkt für den Netzbezug bzw. Netzeinspeisung, Biomassekesseln, Wärmespeichern sowie eine Absorptionskälte- und Kompressionskältetechnologien, die in den drei Hauptgebäuden des Standorts verteilt sind. Um die Echtzeitdaten der Technologien des Microgrid-Labors zu erfassen, werden verschiedene Messgeräte und Sensoren benötigt. Diese benötigen spezielle Protokolle zur Kommunikation mit dem Datenerfassungssystem und sind somit das Rückgrat der Echtzeitmessung des Microgrid Labs.

Die von den Messgeräten und Sensoren erfassten Daten werden in einer Zeitreihendatenbank gespeichert, die auf einer MySQL-MariaDB Datenbank basiert. Weiters wurde die Zeitreihendatenbank mit einer HTML-basierten Grafana-Umgebung für die Visualisierung der erfassten Rohdaten und weiteren Analysen verbunden. Diese Daten werden für die Überwachung und Analyse für den übergeordneten Microgrid-Regler, verschiedene Testszyklen, die Überwachung von Ausfällen und die Interaktion zwischen Versorgungsunternehmen und Netz usw. verwendet. Ohne diese Daten könnte der Microgrid-Regler nicht in Echtzeit betrieben werden bzw. müsste beim Auftreten von Datenausfällen auf ein einfaches regelbasiertes Energiemanagementsystem zurückgegriffen werden, wodurch keine Optimierungsziele (Kosten- oder CO2-Minimierung) verfolgt werden können.

Das Microgrid-Forschungslabor in Wieselburg ist das erste Microgrid-Forschungslabor in Österreich, das erneuerbare Energien, Versorgungsstrom, Wärmetechnologien, Biomassetechnologien, Elektromobilität, Speichertechnologien, Gebäudesteuerung sowie intelligente Netzwerkkommunikation integriert und das Testen und Evaluieren verschiedener Regelungsstrategien sowie Supervisory Microgrid Controller Ansätze ermöglicht. Der aktuell im Microgrid Lab im Test befindliche Supervisory Microgrid Controller (ein auf Mixed-Integer Linear Programming (MILP) basierte Model Predictive Control (MPC)) ist für die Optimierung verschiedener verteilter Energieressourcen und deren koordinierten Echtzeitbetrieb innerhalb des Systems verantwortlich.

Bei jedem Zeitschritt berechnet der MPC-Controller die Regelsollwerte durch das Lösen eines linearen-Optimierungsproblems für den Vorhersagehorizont und wendet dann die ersten Werte der berechneten Regelsequenzen auf das System an. Beim nächsten Zeitschritt werden die aktualisierten Zustände und Messwerte des Gesamtsystems vom Regler erfasst und der Optimierungsschritt wiederholt. In der aktuellen Entwicklung werden 5-min- bis 15-min-Zeitschritte betrachtet und der Vorhersagehorizont beträgt 24 Stunden (Day-Ahead-Optimierung). Das Optimierungsproblem wurde als Mixed-Integer Linear Programming (MILP) modelliert, wobei zwei verschiedene Zielfunktionen zur Minimierung der gesamten Energiekosten und der gesamten CO2-Emissionen des Systems berücksichtigt wurden.

Ziel dieses Projekts ist es ein Microgrid-Testlabor zu etablieren, dass über einen übergeordneten Microgrid-Regler verfügt und die Methodik bzw. das Know-How zu Microgrids für Dienstleister und Entwickler von Systemkomponenten (z.B.: Daten-Monitoring, Energiemanagementsysteme, E-Laderegler, etc.) zugänglich macht. Über einen offenen Zugang zum Forschungslabor können verschiedene Testzyklen unter der Verwendung von gemessenen Echtzeit-Lastdaten, Wetterdaten und Prognosedaten von entsprechenden Anwendern durchgeführt werden. Diese Testzyklen können zum Beispiel aus einem einfachen Microgrid-Szenario bestehen, in dem bspw. eine PV-Anlage in Kombination mit einem Batteriespeicher für den Eigenverbrauch optimal genutzt werden, wodurch Kosten und CO2-Emissionen innerhalb des Energiesystems gespart werden.

Ferner ist es möglich, über einen koordinierten Einsatzplan der verfügbaren Energietechnologien (wie PV und Batterie) verschiedene Ladeszenarien an Wochenendtagen und Entladeszenarien an den Wochentagen zu realisieren. Elektrofahrzeuge (EVs) können so ebenfalls in den Testzyklen berücksichtigt werden, wobei der vorhergesagte Zeitplan für die E-Ladezeiten verwendet werden kann. So können das PV- und Batteriespeichersystem optimal genutzt werden, um E-Autos zu laden und Lastspitzen zu vermeiden. Dabei würden die definierten Zielfunktionen der verwendeten Steuerungsalgorithmen (Kosten- und/oder CO2-Minimierung des Microgrids) in allen Testzyklen in Echtzeit zum Einsatz kommen.

weitere Infos und Kontaktpersonen: https://www.best-research.eu/de/kompetenzbereiche/microgrids/projekte/view/590