Der Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik der THM befasst sich mit dem Energiekonzept, dem Energiemanagement und der Bilanzierung des FlexQuartiers Gießen.
Abbildung 1: Energiekonzept und Einbindung des Hybridspeichers in den Bilanzraum des FlexQuartiers
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Hybridspeichers im FlexQuartier
Die Schlüsseltechnologie des energieeffizienten und netzdienlichen FlexQuartiers ist dabei ein innovatives Hybridspeichersystem, bestehend aus einem neuartigen Hochtemperaturspeicher (Power-to-Power-and-Heat, HTS), in Kombination mit einem modernen quartiers-zentralen Batteriespeicher (BAT) für Strom und einem großvolumigen Warmwasser-Schichtenspeicher (PS) für die Abwärme des HTS. Zur bedarfsgerechten Bereitstellung der Wärme an das Quartier wird in das Warmwassersystem des Hybridspeichers zusätzlich eine Niedertemperatur-Wärmepumpe (NT-WP) und eine Hochtemperatur-Wärmepumpe (HT-WP) intergiert. Die Kombination der unterschiedlichen Wärmeerzeuger bildet ein multivalentes System mit breitem Anwendungsspektrum. Auf diese Weise entsteht eine hochflexible und effiziente Speicher- und Nutzungskette entlang des Exergieniveaus der eingespeicherten Energien. Elektromobilität wird als zusätzlicher Baustein durch Schaffung und Nutzung von Ladestationen an mehreren Stellen des Quartiers betrachtet, so dass im Projekt alle Verbrauchssektoren Berücksichtigung finden.
Es ist hervorzuheben, dass die innovative Speichertechnologie des HTS im Rahmen des Projekts erstmals im Feldeinsatz demonstriert wird. Hierbei wird der einzuspeichernde Strom in sensible Wärme auf einem Temperaturniveau über 1200°C gewandelt, gespeichert und bei Bedarf mittels einer Mikrogasturbine (MGT) rückverstromt werden. Die detaillierte Untersuchung von Ladeleistung, Entladeleistung, Speichertemperatur und Speicherkapazität, sowie die Weiterentwicklung der Speicherhülle sind Bestandteile des Projektes FlexQuartier. Ebenfalls wird das Rückverstromungskonzept mit dem Ziel der Steigerung von Energie- und Kosteneffizienz weiterentwickelt.
Die Teilkomponenten des Hybridspeichers in der Energiezentrale des FlexQuartiers werden ausgelegt und mit dem Fokus einer flexiblen und energieeffizienten Betriebsführung in die Gesamtschaltung integriert. Parallel wird das Messstellenkonzept der Energiezentrale sowie des gesamten Quartiers entwickelt. Ebenfalls wird das Energiemanagementsystem (EMS) des Hybridspeichers aufgebaut, in welches die erzeuger- und verbraucherseitigen Leistungsdaten auf Basis von Messwerten und Prognosen einfließen. Das EMS steuert auf Grundlage der Leistungsdaten und der Speicherzustände die Betriebsführung des Hybridspeichers. Die Zielgrößen Quartiersautarkie, Blindleistungs-/ Spannungshaltung, Regelleistung (PRL / SRL), Kappung der Quartiersbezug-Spitzenlast, Kappung der Quartiersüberschuss-Spitzenlast, E-Mobilität sollen flexibel wählbar sein und im späteren Versuchsbetrieb untersucht und optimiert werden.
Der gesamte Hybridspeicher mit integriertem EMS wird in der open-source Programmiersprache Modelica modelliert und simuliert, sodass am Ende des Forschungsprojektes ebenfalls ein „digitaler Zwilling“ des Hybridspeichers zur Verfügung steht.
