Schaffung einer langlebigen Plattform, um die Zukunft der Energie abzubilden

Während die Energiekosten in die Höhe schießen und die Industrie ums Überleben kämpft, EMB3Rs kann einen Unterschied machen. In Österreich ansässige Forscher zeigen, wie die Plattform Unternehmen helfen soll, Abwärme jetzt und für viele Jahre kostengünstig in eine wertvolle Einnahmequelle umzuwandeln.

Wie schafft man eine digitale Plattform, die die Anbieter und potenziellen Nutzer von Abwärme auf lokaler und nationaler Ebene zusammenführt und gleichzeitig aussagekräftige Daten zu Netzpreis und -effizienz jetzt und in Zukunft liefert? Diese Frage haben Forscher des Wiener Energiewirtschafts-Startups e-think energy research und der Technischen Universität Wien (TU Wien) bei der Entwicklung der Plattform EMB3Rs beantwortet.

Die Plattform wurde entwickelt, um Abwärmeanbieter und Endverbraucher zusammenzubringen, bildet Angebot und Nachfrage nach thermischer Energie von potenziellen Interessengruppen ab und ermittelt die günstigste Option, um potenzielle Nutzer zu verbinden. Die Plattform zeigt, wie überschüssige Wärme und Kälte als wertvolle Energiequelle für andere Industrieprozesse, Fernwärme und andere Anwendungen wiederverwendet werden können.

Ali Kök vom Fachgebiet Energiewirtschaft der TU Wien und Marcus Hummel von e-think haben gemeinsam die Anforderungen und Spezifikationen der EMB3Rs-Plattform definiert. „Das war ein intensiver Prozess und sicherlich keine leichte Aufgabe“, so Hummel. Aber als sich das Projekt dem Ende nähert, sind Kök und Hummel zuversichtlich, dass sich ihre Beharrlichkeit ausgezahlt hat und noch viele Jahre ausreichen wird.

Die Entfernung überbrücken

EMB3Rs umfasst mehrere Open-Source-Softwaremodule, die so programmiert wurden, dass sie eine Vielzahl von energiebezogenen technischen und wirtschaftlichen Daten verarbeiten können. Beispielsweise bewertet ein Geschäftsmodul das Risiko in einem Energiesystem, ein technisch-wirtschaftliches Optimierungsmodul bestimmt die kostengünstigste Option für die Nutzung überschüssiger thermischer Energie in einer Lieferkette und ein Marktmodul berechnet potenzielle Preise für Abwärme in verschiedenen Marktumgebungen .

Ali Kök und Kollegen von der TU Wien haben das wichtige GIS-Modul der Plattform entwickelt. Dies ist entscheidend, um den kostengünstigsten Weg zum Anschluss von Wärme-/Kältequellen und -senken zu finden, und berücksichtigt die Optionen zur Wiederverwendung von Abwärme/Kälte in einer bestimmten Entfernung von einem Fernwärme- und -kühlsystem.

Als Teil seiner Berechnungen bestimmt das GIS-Modul die Entfernung zwischen Quelle und Senke, entwirft eine mögliche Netzwerklösung und berechnet dann die erforderlichen Netzinvestitionskosten dieses Netzwerks und die damit verbundenen Wärme-/Kälteverluste. Diese Berechnungen erfordern vielfältige Daten – Beispiele sind Pumpen-, Rohr- und Grabkosten, Bodentemperaturen und Wasserwärmekapazität sowie die Lage von zugänglichen Straßen.

Laut Kök haben er und Kollegen Daten aus Benutzerinformationen abgerufen und eng mit ADENE – Agência para Energia – in Portugal zusammengearbeitet. Hier waren die ADENE-Datenbanken der Energieausweise (EPC) portugiesischer Gebäude und der Branchenaudits hilfreich, um potenzielle Wärme-/Kältesenken und -quellen zu lokalisieren und Netzwerklösungen sowohl auf lokaler als auch auf nationaler Ebene zu bestimmen.

Die Forscher luden auch alle wichtigen Straßennetzdaten aus der kostenlosen Open-Source-Roadmap-Datenbank OpenStreetMap herunter. “[Our GIS module] verwendet Daten aus dieser geografischen Datenbank, um beispielsweise das kürzeste Fernwärmenetz zu erstellen“, erklärt Kök.

Skalierung ist wichtig

Wichtig ist, dass die Skalierbarkeit während der gesamten GIS-Modulentwicklung im Vordergrund der Überlegungen von Kök und seinen Kollegen stand. Wie Kök betont: „In manchen Fällen modellieren Sie möglicherweise kleine Gebiete mit einer kleinen Anzahl von Wärmequellen und -verbrauchern, aber Sie möchten vielleicht auch auf einer großen regionalen Ebene modellieren, beispielsweise als Teil einer großen Stadt.“

Um sicherzustellen, dass die EMB3Rs-Plattform problemlos von lokaler auf nationale Ebene skaliert werden kann, haben die Forscher das GIS-Modul so konzipiert, dass es die Auflösung seiner Netzwerke verringert, wenn das zu modellierende Gebiet wächst. Entscheidend ist, dass dadurch auch die Rechenzeiten des Moduls relativ kurz bleiben, wenn ein großflächiges Netz aufgebaut wird.

„Wenn der Benutzer eine nationale Bewertung vornimmt, [the module] nicht alle Straßen eines ganzen Landes nutzen, da die Berechnungszeiten ewig dauern würden“, sagt Kök. Das Modul entfernt Radwege und Fußwege aus seinen Berechnungen, wenn es skaliert.

„Den richtigen Kompromiss zwischen Detailtreue und Skalierbarkeit zu finden, war eine große Herausforderung, aber wir haben es geschafft“, fügt er hinzu. „Unser Ziel war es, EMB3Rs in sehr kleinen Fallstudien einzusetzen, aber vielleicht möchten wir es auch auf nationaler Ebene einsetzen.“

Die Komplexität des Moduldesigns und der Integration in die Plattform kann keinem Publikum entgangen sein – tatsächlich haben sowohl e-think als auch die TUWien den kniffligen Prozess der Definition von Modul- und Plattformanforderungen im Einklang mit allen Benutzeranforderungen koordiniert. Dennoch ist sich Hummel nach Jahren der Entwicklung sicher, dass die Vorteile der EMB3Rs von Dauer sein werden.

Wie er betont, kann die Plattform nuancierte und detaillierte Daten auf „Straßenebene“ liefern, was sie zu einem sehr nützlichen Vormachbarkeitstool für die Planung und Gestaltung von Energielösungen macht. „Digitale Tools werden immer wichtiger – da immer detailliertere Daten generiert werden, müssen sie analysiert werden, und wir brauchen dafür Tools“, sagt er.

„Wir haben festgestellt, dass es ziemlich schwierig sein kann, die Entwicklung von Open-Source-Tools am Leben zu erhalten … aber ich denke, dass es bei einem Pre-Machbarkeits-Tool wie EMB3Rs anders sein wird, da die Informationen, die die Plattform bereitstellt, direkt übernommen werden können Entscheidungsträger und tatsächlich in der Projektentwicklung genutzt werden”, fügt er hinzu. „Vor diesem Hintergrund denke ich, dass es eine echte Chance gibt, dass EMB3Rs ein wirklich langlebiges Projekt wird, für das die Benutzer auch bezahlen werden.“

Nachhaltige Wirkung

Welchen Einfluss wird die Plattform auf die wachsenden Energieprobleme der Welt haben, wenn sich das EMB3Rs-Projekt dem Ende zuneigt? Für Hummel liegt die Antwort nicht nur in der Langlebigkeit, sondern auch in der Bildung. Er glaubt, dass EMB3Rs eine echte Chance hat, Industrien, die Abwärme erzeugen, zu zeigen, wie sie verwendet werden kann, um eine potenzielle Einkommensquelle zu schaffen, insbesondere in Fernwärmesystemen.

„Da Abwärme das Ende der Fahnenstange ist, ist sie auch das Ende der Überlegungen vieler Branchen, aber mit EMB3Rs können wir den Wert der Abwärme demonstrieren“, sagt er.

„EMB3Rs können beispielsweise zeigen, wie der Preis, den Sie für die Einspeisung von Abwärme in ein Fernwärmesystem erhalten, davon abhängt, wie viel Wärme Sie haben, wie regelmäßig Sie sie haben, von der Nachfrage und den anderen Liefermöglichkeiten im Netz“, er fügt hinzu. „Ich habe mehrere ungünstige Abwärmeverträge gesehen, aber das liegt daran, dass Unternehmen einfach nicht wissen, wie viel Geld sie dafür bekommen sollen.“

Kök stimmt zu und meint, dass die EMB3Rs-Plattform genau zum richtigen Zeitpunkt gekommen ist. „Ich habe kürzlich an einer wissenschaftlichen Konferenz zum Thema Fernwärme teilgenommen, und hier haben wir gehört, wie einige Unternehmen die hohen Energiepreise überlebt haben, indem sie ihre Abwärme verkauft haben“, sagt er. „So motiviert die heutige Energiekrise Unternehmen schon jetzt, sich Gedanken darüber zu machen, wie sie mit der Einbindung von Abwärme in Energiesysteme Einnahmen erzielen können.“

Bereitgestellt vom European Science Communication Institute (ESCI)