C/sells: Zellverbund Karlsruhe Oststadt

Für die Stromdistribution von morgen forschen und entwickeln das FZI Forschungszentrum Informatik und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam für den C/sells-Zellverbund Karlsruhe.

Veröffentlicht: 12. Januar 2021 | Kategorie: Allgemein, Blog

Der „Zellverbund Karlsruhe Oststadt“ wurde im Projekt C/sells von dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe realisiert. Er umfasst die realen Gebäude „Energy Smart Home Lab“ (KIT) und „House of Living Labs“ (FZI) sowie 54 simulierte intelligente Gebäude, die gemeinsam in einem virtuellen Stromnetz betrieben werden. Dieser Zellverbund, in dem jedes Gebäude eine Zelle darstellt, ist in der Lage, durch die Nutzung der Flexibilität der einzelnen Zellen kritischen Situationen wie beispielsweise Transformatorüberlastungen gemeinsam entgegenzuwirken.

FZI House of Living Labs

Das House of Living Labs am FZI Forschungszentrum Informatik ist ein Muster für das intelligente Gebäude der Zukunft. Es verfügt unter anderem über Solaranlagen zur Erzeugung von Strom, Batteriespeicher, ein Blockheizkraftwerk und eine Ladesäule für Elektrofahrzeuge.

Darstellung der Geräte und Anlagen im House of Living Labs

Geräte und Anlagen im House of Living Labs

KIT Energy Smart Home Lab

Karlsruher Institut für Technologie - Institut AIFB Grundriss Energy Smart Home Lab

Grundriss Energy Smart Home Lab

Das bewohnbare KIT Energy Smart Home Lab befindet sich auf dem Campus Süd des KIT. Es ist an eine Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) Versuchsumgebung angeschlossen, die es ermöglicht, neuartige Betriebsmittel und Komponenten, wie beispielsweise Batteriespeicher oder Solarwechselrichter, in einer sicheren Umgebung zu testen. Dafür simulieren die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter moderne Verteilnetze hochauflösend und mit allen dazugehörigen Dynamiken. Durch die Nutzung der PHIL-Umgebung in Verbindung mit einem intelligenten Energiemanagementsystem kann das KIT simulierte und reale Gebäude gemeinsam in virtuelle Stromnetze einbetten. Somit können beispielsweise Flexibilitätsabrufe zur Unterstützung des umgebenden Stromnetzes unter realen Bedingungen untersucht und demonstriert werden. Dies stellt die Basis des Zellverbundes Karlsruhe Oststadt dar.

Zellverbund Karlsruhe Oststadt

Die Funktion des Zellverbundes wird am Beispiel einer drohenden Transformatorüberlastung demonstriert. Zentral ist hierbei die sogenannte Netzampel. Die Farben Grün, Gelb und Rot symbolisieren den Zustand des Stromnetzes und bestimmen, mit welchen Mitteln das zentrale Energiemanagementsystem des Zellverbundes in den Betrieb der einzelnen Gebäude eingreifen kann. In der grünen Phase kann jedes Gebäude, sprich jede Zelle des Zellverbundes, nach eigenem Ermessen agieren. Die gelbe Phase symbolisiert die Gefahr einer Überlastung. Um diese abzuwenden, können einzelne Zellen durch monetäre Anreize beeinflusst werden. Diese monetären Anreize werden im Zellverbund durch das zentrale Energiemanagementsystem erzeugt, welches den einzelnen intelligenten Gebäuden eine Reihe verschiedener, alternativer Stromtarife vorschlägt. Die Gebäude wiederum antworten nach einer Optimierung des eigenen Verhaltens mit der Information, wie sie auf jeden der verschiedenen Tarife reagieren würden. Das Energiemanagementsystem wählt daraufhin jeweils denjenigen Tarif, der am besten dazu beiträgt die Überlastung im Stromnetz abzuwenden. Genügt dies nicht und es kommt zu einer roten Phase, können einzelne Zellen gezwungen werden, zu reagieren.

Um bei der Demonstration gezielt eine Transformatorüberlastung herbeizuführen, nehmen wir an, dass eine große Menge von Elektrofahrzeugen ohne ein intelligentes Lademanagement und sehr schnell geladen werden soll. Dies führt dazu, dass infolge des erhöhten Leistungsbezuges die Temperatur im Transformator steigt, bis sie einen kritischen Wert überschreitet und die gelbe Phase der Netzampel eintritt. Nun tritt der Anreizmechanismus in Kraft.

Genügt die Reaktion des Verbundes nicht, tritt die rote Phase ein, und die Ladevorgänge werden abgeregelt, was wiederum zur Entspannung der Situation führt. Ist die Reaktion auf die gegebenen Anreize hingegen ausreichend stark, kann die Überlastung vollständig verhindert werden während die Fahrzeuge weiterhin mit voller Geschwindigkeit laden.

Autoren: