Umsetzung eines Lastmanagements in Bürogebäuden

Abstract:
Der starke Ausbau erneuerbarer Energieerzeuger lässt aufgrund der meist fluktuierenden Einspeisecharakteristik einen Paradigmenwechsel der Struktur des Stromversorgungskonzepts erwarten. Die Integration der erneuerbaren Energieträger in das Stromnetz erfordert neue Möglichkeiten die zeitliche Diskrepanz zwischen Erzeugung und Verbrauch auszugleichen. Dieser Ausgleich kann z. B. durch die Anpassung des Stromverbrauchs an das aktuelle Angebot erfolgen. Ein solches Lastmanagement oder Demand-Response erfordert elektrische Verbraucher, die in ihrer Betriebsweise zeitlich variiert werden können. Die Ergebnisse einer Potenzialstudie zeigen, dass unter anderem in Büro- und Verwaltungsgebäuden viele Verbraucher vorhanden sind, die grundsätzlich zur Umsetzung eines Lastmanagements geeignet sind. Als bereits vorhandene Kommunikationsstruktur kann zur Ansteuerung der einzelnen Geräte auf die Gebäudeautomation zurückgegriffen werden. Um die vorhandenen Potenziale realisieren zu können, ist auf Basis der vorhandenen Hardware eine innovative Regelstrategie notwendig, die die Betriebsweise an ein externes Signal, z. B. ein Strompreissignal aus dem SmartGrid anpassen kann. Um eine realitätsnahe Entwicklung solcher Regelstrategien zu ermöglichen, wurde eine Hardware-in-the-Loop (HIL) Versuchsumgebung geschaffen, die es erlaubt, mithilfe realer Gebäudeautomationscontroller unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen, Regelstrategien zu entwickeln, ohne negative Rückwirkungen auf die Nutzer eines Gebäudes zu haben. Der Controller samt In-/Out-Interface ist mit einem Simulations-PC verbunden, der das Gebäude und die Anlagentechnik unter Berücksichtigung des Nutzerverhaltens in Echtzeit modelliert. Sämtliche Ausgänge der Gebäudeautomation werden abgegriffen und der Simulation als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt. Auf Basis dieser Informationen wird in der Simulation für jeden Zeitschritt die Reaktion des Gebäudes berechnet und die aktuellen Raumzustände zurück an die Gebäudeautomation gemeldet. Der Controller kann somit mit sämtlichen Funktionen in der HIL-Umgebung getestet werden und mithilfe der Simulation können beliebige Standorte und Umgebungsbedingungen im Entwicklungsprozess analysiert, verglichen und bewertet werden. Ziel ist es, eine innovative Regelstrategie zu entwickeln, die neben der Einhaltung der Behaglichkeit im Raum, auch eine zeitliche Flexibilisierung des Betriebs der angeschlossenen Verbraucher ermöglicht, um so ein Lastmanagement in Bürogebäuden mithilfe der Gebäudeautomation umsetzen zu können.