Institute for Automation and Applied Informatics

Wärmepumpen - Experiment

Im Experimentierfeld des Smart Energy System Simulation and Control Center (SEnSSiCC) lassen sich in kleinem Maßstab die relevanten Komponenten dezentraler Stromnetze (Erzeuger, Verbraucher, Verteilnetz, Leistungselektronik, ¼) real aufbauen und zusammen mit anderen in Echtzeit simulierten oder realen Komponenten erproben. Neben eingebetteten Rechnersystemen mit Internet-Kommunikation fungieren als Echtteile auch leistungsführende Komponenten (Power hardware in the loop). Spezielle Leistungsumrichter (4QS) können - innerhalb ihrer Grenzen - jeden gewünschten Zustand eines Testnetzes (bzgl. Spannung, Leistung, Frequenz, Phasenlage,¼) in Echtzeit darstellen, wobei sie Leistung dem öffentlichen Netz entnehmen. Die simulierte elektrische Leistung etwa einer Windkraftanlage (fluktuierend) kann dadurch real gestellt, und umgekehrt reale Leistung entsprechend simuliertem Verbrauch „abgenommen“ werden.

Als Teil einer simulierten Siedlung soll nun ein instrumentiertes Testgebäude mit Lastmanagement-fähiger Wärmepumpenheizung im Experimentierfeld real aufgebaut werden. Zusammen mit Stromerzeugern (PV-Feld, Windrad, simuliert oder real) soll es Teil einer quasi energieautarken Mikrozelle eines Smart Grid bilden. Von diesem Versuch werden wesentliche Erkenntnisse und Impulse erwartet:

  • Lassen sich idealisierte, meist für TCL-Verbunde erdachte Lastmanagementalgorithmen praktisch so umsetzen, dass sie mit existierenden Regelkreisen und Regelzielen (Gebäude-Automatisierung bzw. Heimenergiemanagement, Heizungsregelung) harmonieren?
  • Welche Kommunikationsstandards im Bereich Lastmanagement oder Hausautomatisierung sind relevant und können die Implementierung wie unterstützen?
  • Wird durch Lastmanagement in der Praxis der thermische Komfort des Testgebäudes (gemessen) spürbar beeinträchtigt, oder ändert sich der Jahresenergieverbrauch wesentlich?
  • Wie wirkt reales Wetter, vor allem extremes Wetter, auf das Zusammenspiel für sich genommen schon wetterabhängiger Erzeuger- und Verbraucherkomponenten (Wind-, Solarstrom, Wärmepumpe ggf. mit Notheizbetrieb), im Vergleich zu Modell-Vorhersagen?
  • Können vereinfachte statistische Verbundmodelle auf der Basis von WS-Dichten einer Siedlung den Netzzustand hinreichend gut beschreiben, im Vergleich mit detaillierten Gebäude - Simulationsmodellen?

Lässt das Experimentierfeld eine Systematik zum schrittweisen Ersetzen von Modellbausteinen durch verfeinerte Modelle bzw. durch Echtteile erkennen, und umgekehrt zur Kalibrierung / Validierung der Modelle anhand von Echtdaten?

Wärmepumpen-Experiment