Mikroprojekt: Weiterentwicklung und Erprobung der PArEEto-Analyse - ParEETo

Abstract

Im Bereich der industriellen Energieversorgung liegen enorme Potenziale für den kombinierten Einsatz von Effizienztechnologien und regenerativen Energieerzeugern. Da Industrieunternehmen häufig über eingeschränkte Möglichkeiten zur komplexen Analyse entsprechender Technologiepotenziale verfügen, zielt das Mikroprojekt ParEEto auf die Weiterentwicklung, Validierung und Erprobung der am ZAE Bayern entwickelten Potenzialanalyse für regenerative Energie und Effizienztechnologien (ParEEto-Analyse) ab. Langfristig soll damit ein leistungsstarkes softwarebasiertes Werkzeug bereitgestellt werden. Dieses ermöglicht die schnelle Analyse der Potenziale von Technologien, die zeitlich fluktuierende Energieangebote und -bedarfe sektorenübergreifend verbinden. Die ParEEto-Analyse stellt jedoch keine thermohydraulische Energiesystemsimulation dar, wodurch ein weitaus schnellerer Aufbau und eine weitaus schnellere Analyse komplexer Energiesystemtopologien gelingen. Da die Systematik der ParEEto-Analyse an die Beschreibung von Wärmeübergängen aus der Pinch-Analyse anknüpft, kann eine vereinfachte Potenzialanalyse unter Berücksichtigung verfügbarer Temperaturniveaus und Wärmekapazitätsströme durchgeführt werden. Darüber hinaus bietet die ParEEto-Analyse, eine systemoffene Potenzialanalyse mit der Möglichkeit, exergieoptimale Wärmeströme für bestehende und zukünftige Energiesysteme zu ermitteln. Hierdurch grenzt sich die ParEEto-Analyse stark von bestehenden Simulationsmethoden und Softwaretools ab. Innerhalb der ParEEto-Analyse können Komponentenmodelle zusätzlich durch Wärmequellen und Wärmesenken abgebildet werden. Zur Beschreibung verfügbarer Querschnittstechnologien (wie z.B. Wärmepumpen und Blockheizkraftwerke) war es deshalb erforderlich, die ParEEto-Analyse so zu erweitern, dass damit neben dem Wärme- auch der Stromsektor betrachtet werden kann. Hierdurch konnten Komponentenmodelle sowohl als thermische und elektrische Erzeuger und Verbraucher in die ParEEto-Analyse integriert werden. Im nächsten Schritt wurden die Komponentenmodelle für relevante Effizienz- und Speichertechnologien erstellt. Anschließend erfolgte die Validierung und Erprobung der ParEEto-Analyse anhand zweier realer industrieller Erprobungsfälle. Dabei hat sich gezeigt, dass vorliegende Technologiepotenziale mit der ParEEto-Analyse schnell und zuverlässig ermittelt werden können. Zukünftig ist eine weitere Ertüchtigung der Komponentenmodelle erforderlich. Im weiteren Verlauf erfolgte die Erweiterung der ParEEto-Analyse um eine automatisierte ökonomische und ökologische Auswertung. Anhand dieser wurde dann exemplarisch die ökonomische Optimierung eines kombinierten Wärmepumpen- und Wärmespeichersystems durchgeführt. Aufgrund der automatisierten Auswertung konnte eine signifikante Beschleunigung und qualitative Verbesserung des Analyseprozesses festgestellt werden. Anhand der Forschungsarbeiten konnte somit nachgewiesen werden, dass die ParEEto-Analyse als leistungsstarkes Vernetzungswerkzeug zur Erhöhung der Breitenwirkung verfügbarer Technologien sowie zur Entwicklung nachhaltiger und innovativer Energiesystemlösungen eingesetzt werden kann. Innerhalb der Forschung kann die ParEEto-Analyse ebenfalls zur Bewertung innovativer Technologien beitragen. Gegenstand zukünftiger Forschungsvorhaben stellt die Nutzung von Optimierungsalgorithmen sowie die Anwendung und Einbindung künstlicher Intelligenz dar. Zudem soll die ParEEto-Analyse in industrielle Datenbanken integriert und durch eine Benutzeroberfläche externen Nutzern zugänglich gemacht werden.