Ziele

Die förderpolitischen Ziele des 6. Energieforschungsprogramms sowie des Förderkonzeptes „EnEff:Stadt“ und die Forschungsziele des Projektes „FlexQuartier“ stimmen in wesentlichen Punkten überein.

Der LowEx-Ansatz wird durch die Ausgestaltung der Fernwärmeanbindung im Quartier auf dem niedrigstmöglichen Temperaturniveau (aus Gründen der Wasserhygiene im MFH-Bereich 65- 70°C) anstelle der sonst üblichen 80 oder gar 110°C realisiert. Durch die konsequente Umsetzung des LowEx-Ansatzes bei der Konzipierung der Energiezentrale kann das Quartier auch mit Niedertemperaturwärme aus niederkalorischen Wärmequellen wie HTS-Abwärme und Umgebungswärme teilversorgt werden. Hierdurch wird in erheblichem Maße Primärenergie eingespart.

Die Eigenversorgung aus erneuerbaren Energien (in Form von Photovoltaik auf mindestens 50% der Dachflächen, Nutzung von Abwärme und Umgebungswärme mittels Wärmepumpen sowie Nutzung von überschüssiger Leistung vor allem aus erneuerbaren Energien bei Erzeugungsspitzen oder in Form von negativer Regelleistung) wird im Sommerhalbjahr einen wesentlichen Teil des Energiebedarfs im Quartier decken. Vor allem im Winterhalbjahr wird diese Versorgung mittels Entladung der Speicher in der Energiezentrale, durch Wärmepumpenbetrieb sowie durch die Fernwärmeversorgung der SWG ergänzt, welche stark überwiegend aus erneuerbaren Energiequellen und/oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) stammt.

Es wird ein konkretes städtisches Quartier beplant, welches während der Projektlaufzeit realisiert werden soll. Hierfür werden innovative Methoden (Informations- und Integrationsanwendung, Kombination der Vorteile mehrerer Speichertechnologien, intelligente Quartierssteuerung und Software) und Energietechnologien ausgewählt (Nutzung diverser EE-Quellen, Hybridspeicher mit Exergienutzung von 100% Exergie mit Rückverstromung bis LowEx entlang der Speicherkette, bidirektionale Quartiersanbindung).

Die Ressourcen der planerischen Arbeitspakete fließen vor allem in die kostenoptimierte und effizienzorientierte Konzeption der Energieversorgung des Quartiers, d.h. in die Dimensionierung der Energieinfrastruktur und der Einzelspeicher des Hybridspeichersystems unter energetischen (hohe EE-Deckung) und wirtschaftlichen Gesichtspunkten (Minimierung Mehrkosten für innovative Technologien).


Wissenziele

Abbildung 1: Lebensdauer von Stadtquartieren: Entwicklung eines neuen, nachhaltigen und
intelligenten Stadtquartiers mit mindestens 200 Jahren kalkulatorischer Lebensdauer

Bereits in der Planungsphase soll in Anlehnung an die neue Arbeitsweise nach der bekannten Methodik Building Information Modeling (BIM) ein Quartiers-Informations-Modell (QIM) entwickelt und angewendet werden, welches um energetische und Monitoring-Gesichtspunkte erweitert wird, um einen methodisch übertragbaren integralen Planungsprozess für Quartiersentwicklungen zu etablieren.

Aufgrund der vorangeschrittenen städtebaulichen Planung des Quartiers kann keine mehrjährige Planungsphase mit erst anschließend stattfindender Bau- und Betriebsphase vorgeschaltet werden. Dies hat zur Folge, dass nicht alle Untersuchungsgegenstände in diesem Quartier baulich realisiert werden können. Daher wurde das Projekt FlexQuartier zu einem Planungs-, Realisierungs-, Betriebs- und Evaluationsprojekt gebündelt.

Durch die gemeinsamen Arbeitspakete mit Beteiligung der regionalen Partner THM, SWG, MIT.N und der Stadt GI ist eine Übertragbarkeit in die weiterhin zahlreichen Neubauquartiere und Sanierungsvorhaben in Gießen gesichert. Durch den überregional tätigen und bereits in die Entwicklung anderer Quartiere eingebundenen Partner Smart Power kann das erarbeitete Know- how darüber hinaus in anderen nationalen Neubauquartieren nutzbringend verwendet werden.

Nachstehend sind die wissenschaftlichen und technischen Hauptziele des Projekts FlexQuartier aufgeführt. Weitere Erläuterungen und ergänzende Ziele finden sich in den Beschreibungen der einzelnen Arbeitspakete.

▪  Wissenschaftlich und technisch vertiefte Untersuchung des neu geschaffenen netzdienlichen Quartiers als Referenz für Folgeprojekte, u.a. durch Schaffung von Auslegungs- und Betriebsstandards sowie übertragbaren Planungsgrundlagen

▪  Erforschung und Demonstration der Eignung des HTS im Verbund mit Batteriespeicher und Abwärmenutzung als innovativer Baustein für quartierszentrale Speicheranwendungen. Demonstration und Untersuchung des Hybrid- Speicherverbundes zur Maximierung der technologischen Synergien.

▪  SektorenübergreifendeIdentifikationundNutzbarmachungmöglicherESDLdesQuartiers auf Basis der im Quartier vorhandenen Energie- und Leistungsflexibilitäten

▪  Technische und wirtschaftliche Bewertung der ESDL aus Sicht des Energieversorgers und Netzbetreibers, aus Sicht des Systemanbieters Speicher und Energiemanagement, aus städtebaulicher sowie aus energie- und volkswirtschaftlicher Sicht. Die unterschiedlichen Perspektiven erlauben eine umfassende Bewertung und sind durch die Zusammenstellung des Konsortiums mit je einem Partner vertreten.

▪  Erarbeitung von Planungsprämissen, Dimensionierungshilfen und Prognosewerkzeugen für Aufbau und Betrieb von Quartiers-Infrastruktur für Netzbetreiber und Energieversoger, unter Berücksichtigung der Erbringung von ESDL

▪  Untersuchung der Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit der Quartiersnetze durch ohnehin vorhandene sowie zusätzlich notwendige Zähleinrichtungen und zu erprobende kommunikationstechnische Anbindungsvarianten. Diese Untersuchungen sind unterschiedlich für die Sektoren Strom, Wärme und (Elektro-)Mobilität vorzunehmen.

▪  ManagementderEnergiezentralemittelszuentwickelnderunterschiedlicherBetriebsmodi und Vorrangschaltungen sowie technisch-ökonomische Bewertung dieser Modi.

▪  Entwicklung einer Systematik zur Darstellung eines ganzen Quartiers in einem virtuellen Quartiers-Informations-Modell (QIM) u.a. durch Übertragung von Methodiken des Building Information Modelings auf die Quartiersebene. Chronologische Abbildung der Phasen Konzept, Planung, Realisierung, Inbetriebnahme sowie Management/Betrieb.

▪  Techno-Ökonomische Optimierung des Batteriespeichers durch die Verwendung von gebrauchten Batterien (hybrid mit neuen Batterien).

▪  Einbringung und Optimierung von Vorhersage-Algorithmen in die Betriebsstrategie für Quartierslösungen und Hybridspeicher.

▪  Optimierung der Vermarktungsstrategie neben Primärregelleistung auch in den anderen Regelleistungsmärkten sowie am Intraday-Markt.