Smart Cities Demo Aspern

Auf den Punkt gebracht

Geplant als umweltfreundliche und komfortable Musterstadt mit Nachhaltigkeitsflair fungiert die Seestadt Aspern nun auch als Living Lab zur Untersuchung innovativer Ansätze im Bereich der Energieversorgung. Unter der wissenschaftlichen Mitarbeit von AIT werden im „Smart-City-Demoprojekt“ unter anderem die Nutzung erneuerbarer Energien und neue Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz untersucht. Wie muss das künftige Energiesystem konzipiert sein, damit auch der mittels Photovoltaik gewonnene Strom von Wohnbauten gewinnbringend auf dem Markt verkauft werden kann? Wie können die Stromnetze an die neuen Herausforderungen angepasst werden? Wie bringt man die Menschen dazu, effizient mit Energie umzugehen? Es ist eine lange Liste offener Forschungsfragen zur städtischen Energieversorgung der Zukunft, die in diesem Rahmen erstmals in direkter Praxisanbindung bearbeitet werden können. 

Ein Living Lab in Sachen Energieeffizienz

In der Seestadt Aspern werden von AIT-ForscherInnen die neuesten Technologien und Methoden für eine nachhaltige städtische Energieversorgung erforscht, getestet und optimiert.Als Wegweiser in die städtische Energiezukunft soll aus der Seestadt Aspern ein „Smart urban district“ werden, in der  das Konzept eines nachhaltigen Lebens- und Wirtschaftsraums großräumig realisiert wird. Ein ehrgeiziges Vorhaben, das eine grundlegende Neugestaltung des urbanen Energiesystems erfordert. Im „Smart-City-Demoprojekt Aspern“, das vom österreichischen Klima- und Energiefonds mit 3,7 Millionen Euro gefördert wird, sollen die großen Themen der urbanen Energiezukunft erstmals mit Hilfe realer Daten erforscht werden. AIT wurde mit der wissenschaftlichen Begleitforschung dieses von der Forschungsgesellschaft Aspern Smart City Research GmbH & Co KG (ASCR) geleiteten Projekts betraut. Aspern bietet die idealen Voraussetzungen zur Erforschung, Demonstration, Prüfung und Optimierung neuer Technologien und Methoden im Smart-City-BereichDie Erkenntnisse aus diesem Projekt werden dazu verwendet, die Betriebs- und Regelstrategien von Gebäuden und Stromnetzen zu optimieren und neue Ansätze in der User-Interaktion im Dienst der Energieeffizienz zu erarbeiten. 

Ausgleich von Angebot und Nachfrage

Bei der Entwicklung zukunftstauglicher Energiesysteme spielt die intelligente Verschränkung von Gebäuden und Niederspannungsnetzen durch Informations- und Kommunikationstechnologien eine wichtige Rolle. Dass dieses Thema eine so große Bedeutung gewonnen hat, hängt auch mit den zu erwartenden Veränderungen auf dem Strommarkt zusammen. Während die Stromerzeugung gegenwärtig aufgrund der Dominanz von Großkraftwerken noch gut steuerbar ist, wird diese Flexibilität durch die Zunahme erneuerbarer Energien im Netz immer geringer. Es ist also damit zu rechnen, dass sich Angebot und Nachfrage künftig nicht immer in einem ausgeglichenen Verhältnis befinden werden. Wie aber lässt sich unter diesen Bedingungen eine Systembalance herstellen? Wenn man über 50% erneuerbare Energien hat, kann dies nur über eine bessere Anpassung des Verbrauchs an das Angebot erfolgen. 

Maßgeschneiderte Anreize 

Und wie soll der individuelle Energieverbrauch gesteuert werden? Um diese Frage beantworten zu können, müssen wir zunächst das Nutzerverhalten mit Hilfe intelligenter Stromzähler sowie Daten über Zimmertemperatur, Raumluftqualität ermitteln.Auf diese Weise könne man die unterschiedlichen Typen von EnergienutzerInnen herausfiltern. Aus Datenschutzgründen nehmen an dieser Erhebung selbstverständlich nur Haushalte teil, die ausdrücklich damit einverstanden sind, dass ihre (anonymisierten) Daten für Forschungszwecke verwendet werden.Mit Informationen über Energiesparmöglichkeiten sowie Anreizsysteme wie etwa dynamische Tarifmodelle soll schließlich das Nutzerverhalten typgerecht in Richtung Energieeffizienz gelenkt werden. So könnte man die BewohnerInnen zum Beispiel über Smartphone oder Tablet darauf hinweisen, dass der Strompreis gerade niedrig ist und deshalb der optimale Zeitpunkt zum Aufladen von E-Bike oder E-Car wäre. „Home Automation“ lautet der Begriff für diesen Zukunftstrend, der Komfort und Energieeffizienz unter einen Hut bringen möchte. Ein bereits praktiziertes Beispiel dafür ist etwa die Fernsteuerung von Beleuchtung und Heizung über das Smartphone. Im Aspern-Projekt wollen die ForscherInnen auch herausfinden, welche Systemlösungen von den BewohnerInnen überhaupt akzeptiert werden. Wirken finanzielle Anreizsysteme? Welche Steuerungs- und Kommunikationsschnittstellen von Apps über E-Mail-Services bis zu Internetportalen werden in welchem Ausmaß genutzt? 

Gebäude als kommerzielle Energieanbieter

In den Smart Cities der Zukunft sollen sich aber nicht nur die BewohnerInnen, sondern auch die Gebäude energieeffizient verhalten. So werden intelligente Systeme zur Gebäudesteuerung den voraussichtlichen Energiebedarf im Tages- und Jahresverlauf unter Berücksichtigung der Wetterlage ermitteln und so den Energieverbrauch optimieren. Da die Gebäude mittels Photovoltaikanlagen etc. auch selbst Energie produzieren und in Speichern zwischenlagern können, sollen sie die aktuell nicht benötigten Stromreserven gewinnbringend auf dem Markt anbieten können. Um dafür gerüstet zu sein, muss das Gebäude über ein „Building Energy Management System“ (BEMS) verfügen, das mit dem so genannten „Energiepool-Manager“ - beispielsweise einem Energieversorgungsunternehmen -kommuniziert. „Dieser ‚Energiepool-Manager’ bildet die Schnittstelle zwischen den Gebäuden und der Strombörse“, erläutert Friederich Kupzog. Das BEMS wiederum erstellt in regelmäßigen Intervallen Stromverbrauchsprognosen des Gebäudes und errechnet damit dessen Stromreserven. 

Schlanke und wendige Netze

Grundvoraussetzungen für eine Teilnahme dieser kleinen privaten AnbieterInnen am Strommarkt sind einerseits zeitvariable Strompreise, die den Verkauf der Reserven wirtschaftlich erst interessant machen. Andererseits müssen natürlich auch intelligente Stromnetze zur Verfügung stehen. Aber was beutet das konkret? Da man bislang das Verbraucherverhalten sehr gut vorhersagen konnte, wurden die Stromnetze nach Standardprofilen geplant. „Künftig wird es aber auch auf der Verbraucherseite dynamischer, sodass man einen neuen Planungsansatz für die Netze braucht.“ Während man die Dimensionierung der Netze früher am Worst Case ausrichtete, der naturgemäß selten auftrat, sollen Smart Grids weniger aufwändig dimensioniert sein, dafür im Bedarfsfall aber Eingriffe erlauben – etwa durch die Bewirtschaftung von Gebäudespeichern zum Ausgleich von Spitzen. Dadurchkann das Netz deutlich effizienter ausgelegt werden. Die Einsparungen beim Bau sind allerdings in den Betrieb des Netzes zu investieren, da der Netzzustand laufend erfasst werden muss, um eventuell erforderliche Maßnahmen zu setzen. Die große wissenschaftliche Herausforderung dabei ist, die mitunter widersprüchlichen Interessen von Gesamtsystem und lokalen Netzen in einen autonomen Regelalgorithmus zu bringen und in entsprechenden Marktmodellen abzubilden. Bei all diesen komplexen Vernetzungs- und Digitalisierungsvorgängen spielt die Informations- und Kommunikationstechnik natürlich eine Hauptrolle. Mit ihrer Hilfe werden die Messdaten nicht nur gesammelt, sondern in der Folge auch mit den Methoden der Business-Analytics interpretiert. Energiedaten mit diesem Ansatz auszuwerten, ist relativ neu, Im Aspern-Projekt werden wir sehen, ob er sich bewährt.

Von Anfang an dabei

Ein zentraler Faktor für den Erfolg der beschriebenen Ansätze ist selbstverständlich ihre Akzeptanz durch die BewohnerInnen. Diesem Umstand wird im Forschungsprojekt Rechnung getragen: Nur wenn die technische Umsetzung auch den tatsächlichen Bedürfnissen der BenutzerInnen entspricht, ist die nötige Akzeptanz gegeben. . Und Akzeptanz ist die Grundvoraussetzung dafür, dass die Systeme nachhaltig und dauerhaft genutzt werden. Um die neuen Technologien und Systeme an die Anforderungen der NutzerInnen anzupassen, werden diese von Anfang an in den Designprozess einbezogen. So werden die entwickelten Konzepte und Umsetzungsideen kontinuierlich mit Personen aus der tatsächlichen Zielgruppe getestet, um etwaige Probleme so früh wie möglich zu identifizieren. Darüber hinaus werden die neuen Ansätze in einem einjährigen Feldtest auch einem umfassenden Reality-Check unterzogen und für den Praxiseinsatz optimiert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Bedürfnisse der BenutzerInnen direkt in die Produktionsentwicklung einfließen und nur Konzepte mit hoher Relevanz und Akzeptanz umgesetzt werden