Technologie

Mehr Harmonie in Energiesystemen

02.07.2021 - Zunehmende Dezentralität erschwert die komplexe Planung.

Ein nachhaltiges Energiesystem ist vergleichbar mit einer Symphonie. Damit die verschiedenen Kompo­nenten untereinander harmonieren, genügt es nicht, einfach ein paar Noten auf ein Blatt Papier zu schreiben. Vielmehr bedarf es erfahrener Komponisten, die die ideale Komposition und die geeigneten Instrumente dafür finden sowie einen Dirigenten, der dafür sorgt, dass die Musiker perfekt miteinander harmonieren. Erst wenn alles perfekt zusammen­spielt, entsteht eine wohlklingende Symphonie. Im Energiesystem nehmen die Rolle des Komponisten Energie­planerinnen und Energieplaner ein. Deren Aufgabe wird allerdings zunehmend komplex, da laufend neue Techno­logien auf den Markt kommen und die Anforderungen – beispielsweise im Hinblick auf Nachhaltig­keit und Zuver­lässigkeit – sich konstant verändern. 

Die steigende Komplexität ist vor allem der Umstellung von zentralen auf dezentrale Energiesysteme geschuldet. Getrieben wird diese Veränderung durch den Wandel hin zu einer klima­freundlichen Gesellschaft. In dezentralen Energie­systemen werden mehrere Gebäude in einem Quartier oder Areal zusammen­geschlossen, die erneuerbare Energien und verschiedene Umwandlungs- sowie Speicher­technologien gemeinsam nutzen. Die Gebäude sind nicht nur Energie­verbraucher, sondern auch Energieproduzenten, indem sie überschüssige Energie, beispielsweise aus ihrer Photovoltaik-Anlage, sowohl speichern wie auch zurück ins Netz speisen. Damit werden sie selbst zu einem wichtigen Bestandteil des Systems. Ein wesent­licher Vorteil von dezentralen gegenüber tradi­tionellen, zentral organisierten Energie­systemen ist, dass die Energie dort bereitgestellt werden kann, wo sie auch verbraucht wird. Transport­wege werden dadurch minimiert, was wiederum ein effi­zienteres Zusammen­spiel der einzelnen Energie- und Speicher­technologien ermöglicht.

Für die Planer bedeutet dies, dass sie die Energie­systeme zwingend in ihrer Ganzheit betrachten und aus einer großen Zahl an Technologien und deren möglichen Kombinationen die optimalen Lösungen finden müssen. Durch Innovation nimmt zudem das Angebot an verfügbaren Lösungen stetig zu. Gleichzeitig müssen die Energieplaner die Netz­stabilität gewähr­leisten und immer auch die Wirtschaft­lichkeit im Auge behalten. Eine wohlklingende Symphonie zu kreieren und nicht einfach auf gängige Standard-Stücke zurückzugreifen, die Dutzende von Orchestern bereits gespielt haben, wird damit zu einer hochkomplexen Aufgabe. Ein Unternehmen, das dieses Problem erkannt hat und Abhilfe schafft, ist das Empa Spin-off „Sympheny“. Ziel des Start-ups ist es, die unter­schiedlichen Energieflüsse eines Standorts miteinander in Harmonie zu bringen – und so maximale Energie­effizienz und Nachhal­tigkeit zu erreichen.

Sympheny bietet Planern ein cloudbasiertes Tool, mit dessen Hilfe sie einfach und kosten­effizient das optimale Energie­system für ein Gebäude, Quartier oder gar eine Stadt planen können. „Unsere Plattform berück­sichtigt eine Vielzahl an Faktoren wie die verfügbaren erneuer­baren Energien und Lieferanten an einem bestimmten Standort, die unter­schiedlichen Energie­bedürfnisse oder die relevanten Technologien. Gleichzeitig werden auch die verschiedenen Ziele der Planerinnen und Planer miteinbezogen, etwa die Reduktion der CO2-Emissionen, der Ausbau von erneuerbaren Energien oder die Kosten­senkung“, erklärt Andrew Bollinger, CEO von Sympheny. Anhand dieser Vielzahl von Angaben hilft das Online-Tool den Planern, das optimale Energiesystem für den Standort zu finden. Es beantwortet dabei zentrale Fragen, beispiels­weise, ob und welche Photo­voltaik-Anlagen auf dem Dach oder an der Fassade angebracht werden sollen, welche saisonalen Speicher man einbauen sollte oder wie die thermischen Netzwerke aufgebaut sein sollten. Vor allem aber kann die Plattform Energieplanern helfen, diese unterschiedlichen Fragen im Gesamtkontext zu betrachten und Antworten darauf zu liefern, die die zahlreichen Abhängig­keiten und Wechselwirkungen zwischen den Techno­logien und Energie­flüssen an einem bestimmten Standort mitberück­sichtigen.

Die Grundlagen für die Software liefern langjährige Forschungs­arbeiten. Das Urban Energy Systems Lab der Empa forscht bereits seit mehreren Jahren an neuen Methoden zur Optimierung von dezentralen Energie­systemen. Aus der Forschung ging schliesslich das Tool hervor, das in Zusammenarbeit mit Industriepartnern stetig weiterentwickelt wurde. Im letzten Jahr entschloss sich das Team schließlich dazu, den Sprung auf den Markt zu wagen. So wurde im April 2020 das Spin-off „Urban Sympheny AG“ gegründet.
Wir sehen ein großes Markt­potenzial für unsere Lösung, denn die Energieplanung wird zunehmend komplexer. Für Energieplanerinnen und Energieplaner spielt zudem der Zeitfaktor eine zentrale Rolle. Es ist deshalb wichtig, ihnen dabei zu helfen, die optimale Lösung so schnell wie möglich zu finden. Durch unsere leistungs­starken Algorithmen und unsere Cloud-basierte, nutzer­freundliche Anwendung wird die Komplexität für Planer stark reduziert. Sie sind so in der Lage, schnellere und bessere Planungs­entscheidungen zu treffen“, so Bollinger. Gleichzeitig fördert die Software auch die Einbindung von nachhaltigen und erneuerbaren Energiequellen. Damit will das Sympheny-Team einen wertvollen Beitrag zur Energiewende leisten.

Gemeinsame Projekte mit Industrie­partnern zeigen, dass das Tool von Sympheny ein enormes Potenzial birgt. Ein Beispiel: Gemeinsam mit der Empa half Sympheny dem Versorgungs­unternehmen IBC Energie Wasser Chur dabei, neue Energiekonzepte für Quartiere der Bündner Hauptstadt zu finden, mit denen diese die CO2-Emissionen bis zum Jahr 2040 auf netto Null senken können. Das Team erstellte zunächst mit der Sympheny-Software ein digitales Modell für die Stadt. Um die optimalen Lösungen zu finden, wurden im nächsten Schritt mithilfe der Algorithmen von Sympheny verschiedene mögliche Energie­konzepte bewertet und deren Kosten sowie CO2-Bilanz berechnet. Mit dieser Auswahl an möglichen Konzepten kann das Versorgungs­unternehmen nun einfacher diejenige Lösung finden, die ihm dabei hilft, sein Netto-Null-Ziel mit minimalen Kosten zu erreichen.

Empa / JOL

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