intEMT® ist eine modulare und flexible Software-Toolbox für intelligentes Energiemanagement, die zur Modellierung, Simulation und Optimierung komplexer Energiesysteme entwickelt wurde. Sie enthält fünf Kernbibliotheken, welche einzeln oder in Kombination verwendet werden können. So werden maßgeschneiderte Lösungen von der Modellierung auf Anlagenebene bis hin zum umfassenden intelligenten Energiemanagement ermöglicht. intEMT® ist im Rahmen verschiedener Projekte, unter anderem GreenICT, entstanden und wird vom Fraunhofer IISB zukünftig als Plattform für neue Projekte im Bereich Energiemanagement verwendet und weiterentwickelt.
Ein Beitrag von:
Dr. Christopher Lange
Senior Scientist
Intelligente Energiesysteme / DC-Netze
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Tobias Beck
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Intelligente Energiesysteme / DC-Netze
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Die Softwaretoolbox intEMT® stellt verschiedene Module für die Analyse, Simulation und Optimierung komplexer sektorengekoppelter Energiesysteme zur Verfügung. Die Komponentenbibliothek wurde bereits in einem vorherigen Techblog-Artikel vorgestellt. intEMT® beinhaltet die Erkenntnisse aus zahlreichen abgeschlossenen und aktuell laufenden Projekten, darunter REMBup, IRES4Ukraine, Flexship, GreenICT, ProEnergie und SEEDs. Mit jedem dieser Projekte konnten neue Anforderungen identifiziert und entsprechende Funktionalitäten in die Bibliothek integriert werden. Eine Übersicht zu den aktuell verfügbaren Modulen ist in Tabelle 1 zu sehen.
Tabelle 1: Kernbibliotheken der Softwaretoolbox intEMT®
| Modul | Beschreibung |
|---|---|
| Komponentenmodelle | Verallgemeinerter Modellierungsansatz für die Simulation und Optimierung energietechnischen Komponenten |
| Betriebsstrategien | Eigenständige Betriebsstrategien für Anlagen mit oder ohne Energiespeicher inkl. Überwachung zentraler Betriebsparameter |
| System | Erstellung, Konfiguration und Berechnung (Simulation und Optimierung) von Energiesystemen, die aus Komponenten, Netzen und Betriebsstrategien bestehen |
| Dimensionierung | Dimensionierung von Energiespeichern und Anlagen für verschiedene Anwendungen |
| Energiemanagement | Methoden für intelligentes Energiemanagement wie zum Beispiel economic Model Predictive Control (eMPC) |
Ergänzt werden die Kernmodule durch Schnittstellen zu PV- und Wetterdatenbanken sowie weiteren Zusatzmodulen (z. B. Datenaufbereitung und -analyse). Sie bilden damit die Grundlage für ein ganzheitliches, intelligentes Energiemanagement und eine umfassende Systemoptimierung.
Mit Hilfe der Module werden die zentralen Anwendungsbereiche adressiert. Sie zeigen, wie intEMT® eingesetzt wird, um Energiesysteme effizient zu modellieren, optimieren und betreiben – von der Entwicklung digitaler Zwillinge über innovative Steuerungsstrategien bis hin zur maßgeschneiderten Software für spezifische Projekte:
- Entwicklung digitaler Zwillinge Die Erstellung eines präzisen Modells von Energiesystemen erfolgt auf Basis vorhandener Anlagen und Daten. Der abstrahierte Modellierungsansatz bei den Komponentenmodellen ermöglicht eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anwendungen und neue Technologien.
- Intelligente Energiemanagementstrategien Die Optimierung der Energieflüsse berücksichtigt zahlreiche Randbedingungen und Einschränkungen, um Kosten und Emissionen zu minimieren und den Einsatz erneuerbarer Energien zu maximieren.
- Szenario-basierte Systemuntersuchung Versorgungsszenarien für den Energiebedarf werden nicht-invasiv berechnet und verschiedene Versorgungsstrategien sowie Komponentenkonstellationen miteinander verglichen.
- Optimale Dimensionierung der Anlagen Die wirtschaftlich und technisch optimale Dimensionierung von Energiespeichern und Erzeugungsanlagen wird durch optimierte Auslegungsverfahren ermittelt.
- Maßgeschneiderte Betriebsstrategien Intelligente Betriebsstrategien für Energiesysteme werden Simulations-basiert entwickelt und validiert, ohne das reale System zu beeinträchtigen.
- Software-Tools Individuelle Software-Tools auf Basis von intEMT® werden entwickelt, um spezifische Aufgaben und Prozesse zu unterstützen und zu beschleunigen.
Dabei werden verschiedene Optimierungsstrategien verfolgt, welche einzeln, aber auch in Kombination eingesetzt werden können. Dazu gehören die Lastspitzenreduktion mit elektrischen und thermischen Anlagen und Speichern, die Eigenversorgungsoptimierung zur optimalen Nutzung lokaler erneuerbarer Energien sowie die Day-Ahead Optimierung zur Optimierung des (viertel-)stündlichen Handels mit Energie. Übergeordnete Strategien, wie ein optimales Lademanagement für Batterie- oder Brennstoffzellen-elektrische Fahrzeuge und ein ganzheitliches Energiemanagement für Microgrids und Inselnetze (stationär und mobil, z. B. für Industrie- und Fertigungsstandorte, Quartiersversorgung, hybride Schiffe und Flugzeuge), ergänzen das Portfolio. So werden Kosteneinsparungen, die Reduktion von Emissionen sowie eine resiliente und zuverlässige Energieversorgung erreicht.
Die Umsetzung erfolgt beispielsweise mit einer economic Model Predictive Control (eMPC) in mehreren Schritten wie in Abbildung 1 dargestellt: Basierend auf einer Lastprognose wird ein relevanter Ausschnitt der Prognose (Horizont) an das Optimierungsmodell weitergegeben. Das Modell berechnet daraufhin die optimalen zeitlichen Verläufe für die Zielwerte der einzelnen Komponenten, wobei Variablen und Einschränkungen der Komponenten, Systemgleichungen sowie zusätzliche Nebenbedingungen, wie beispielsweise die maximale Anzahl von Ladezyklen eines Speichers, berücksichtigt werden. Der erste Ergebniszeitschritt wird als Sollwert an die Simulation übergeben – im realen Betrieb erhalten die Anlagensteuerungen diese Vorgaben direkt. Die Simulation berechnet anschließend die Zustände, wobei die Ausgaben, wie etwa der Ladezustand einer Speichereinheit, als Anfangsbedingungen für den nächsten Durchlauf dienen. Bei realen Anwendungen werden hierfür die Messwerte aus den Anlagensteuerungen genutzt.
Weitere Infos zu intEMT® sind auf der Website www.intemt.de verfügbar.