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Mikroprojekt: VK-IDO - Intraday-Optimierung von dezentralen Wärme- & Kälteerzeugern

Thema und Zielsetzung

Im Rahmen des Mikroprojekts VK-IDO wird das von VK Energie entwickelte System zur Optimierung von Energiesystemen, insbesondere unter Berücksichtigung von Wärme-Strom-Verbundsystemen mit aktivem Wärmespeichermanagement, um die Möglichkeit der optimierten Intraday Strom-Vermarktung erweitert. Das Kürzel VK steht für „virtuelles Kraftwerk“ und bezeichnet einen Zusammenschluss von mehreren Erzeugungsanlagen, der wie ein einzelnes Kraftwerk gehandhabt wird. IDO ist die Intraday Optimierung, bei der die Fahrweise der Anlagen für die Vermarktung während des laufenden Tages verbessert wird. Dies bietet neben der kurzfristigen CO₂-Reduktion bei Wärme- und Kälteversorgung die Möglichkeit, vorhandenes Flexibilitätspotenzial effizienter und dynamischer dem Energiesystem zur Verfügung zu stellen. So kann ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende geleistet werden. Zudem ermöglichen die damit generierten Mehrerlöse ein tragfähiges und nachhaltiges Betreibermodell.

Stand von Wissenschaft und Technik

Die Vermarktung am Intraday-Handel ist bereits für eine Vielzahl von flexiblen Stromerzeugungsanlagen gängige Praxis. Sie dient dazu, unvorhersehbare Änderungen in Stromproduktion und -nachfrage durch Prognoseabweichungen, Anlagenstörungen oder ähnliches über einen Marktmechanismus aufzufangen, um den Einsatz von Regelenergie zu vermeiden. Durch die Zunahme an erneuerbarer Energieerzeugung mit kurzfristigeren Prognoseabweichungen nimmt die Relevanz des Intraday-Handels stetig zu und leistet einen wertvollen Beitrag zur Integration regenerativ erzeugten Stroms.

Neben den Erneuerbaren bieten auch weitere flexible (Groß-)Kraftwerke am Intraday Markt an. Die große Einschränkung besteht aktuell aber für Anlagen, die wärmedominiert betrieben werden. Dies gilt gerade für kleinere, dezentrale KWK-Anlagen, die durchaus relevantes Flexibilitätspotenzial aufweisen, deren bisheriger Fokus aber auf einer wärmegeführten Fahrweise lag. Durch das bestehende Betriebsoptimierungs-System der VK Energie wird aktuell Day-Ahead auf Basis eines digitalen Zwillings der Anlagen die optimale Fahrweise unter Berücksichtigung aller externer Faktoren (Day-Ahead Spotmarktprognose, Wärmebedarfsprognose, Abbild des Speicherfüllstands, technische und wirtschaftliche Restriktionen, etc.) bestimmt. Die selbst entwickelte VK-Box bietet die direkte Anbindung und Steuerung der Anlagen auf Basis des optimierten Fahrplans.

Das Projekt VK-IDO

Mit Hilfe des patentierten Verfahrens des „Aktiven Wärmespeichermanagements“ und dem Einsatz künstlicher Intelligenz zur Wärmebedarfsprognose werden die Effizienz der Anlagen gesteigert und finanzielle Mehrerlöse für die Kunden realisiert. Das Team von VK-IDO optimiert sowohl erzeuger- als auch lastseitig, letzteres z. B. durch Wärmepumpen und Power-to-heat-Anlagen. Die Besonderheit der eigenen Software von VK-IDO ist laut Herrn Dr. Zeiselmair, dass sie die komplette Kette von der Anlage bis zur Vermarktung optimiert. Die VK-Box kommuniziert mit der Anlage, misst und erzeugt einen Fahrplan. Der Wärmebedarf wird mit einem KI-Modell prognostiziert (modellprädiktive Steuerung) und der Wärmespeicher genau modelliert. Auf Basis der Prognosen wird die Anlagenfahrweise kontinuierlich angepasst.

Die Kunden sind v. a. Stadtwerke und Fernwärmebetreiber und Anlagen mit einer Erzeugungsleistung ab 100 kW. Die Komponenten sind bspw. BHKWs, Wärmespeicher, Solarthermie, Industrieanlagen und iKWK (innovative KWK-Anlagen). Die Software hilft den Unternehmen auch bei deren Auswahl und bei Investitionsentscheidungen.

Damit leistet das Projekt VK-IDO Energie einen wertvollen Beitrag zur Energiewende in Deutschland und somit zum Klimaschutz durch die Einsparung von CO₂-Emissionen.

 

Förderziele / -schwerpunkte

Das Projekt dient dem optimierten Ausgleich der zeitlichen Diskrepanz zwischen verfügbarer (erneuerbarer) Wärme bzw. Kälte und dem Bedarf mittels des effizienten Wärmespeichermanagements. Hierzu werden innovative, digitale Methoden zur Betriebsoptimierung und zur dynamischen und prädiktiven Betriebssteuerung auf Basis der Modellierung der systemischen Kopplung von Wärme-, Kälte- und Stromversorgung genutzt. So werden neben dem wertvollen Beitrag zur klimaneutralen Wärme- und Kälteversorgung sowie der Effizienzsteigerung im Energiesystem auch die Energiekosten in Zeiten hoher Nachfrage gesenkt.