FlexiCluster - Energetische Flexibilität von Arealen

Im Rahmen der Schweizer Energiestrategie 2050 wird die Betrachtung der energetischen Flexibilität von Arealen immer wichtiger. Der zu erwartende Ausbau von Erneuerbaren Energiequellen, z.B. Photovoltaik, führt zu einem variablen Energieangebot, was die Bewirtschaftung von Stromnetzen aufwändiger macht. Um Stromnetze zu entlasten, ist es sinnvoll das energetische Flexibilitätspotential von Arealen bestimmen zu können, um diese netzdienlich zu planen und zu betreiben.

Um mehrere Gebäude gleichzeitig als Gebäudecluster simulieren zu können, wird eine entsprechende Systemarchitektur für die Co-Simulation aufgebaut. Die Systemarchitektur besteht aus EnergyPlus (Gebäude inkl. HLK), Mosaik (Multi-Agenten Co-Simulation), Pandapower (elektrisches Netz) und einem Transformatormodell. Die Steuerung der Gebäude erfolgt innerhalb des Systems über sogenannte Agenten. Jeder Gebäudeagent kennt für jeden Zeitschritt den Zustand seines Gebäudes, während der Netzagent den Zustand kennt.

Die Gebäude werden netzdienlich betrieben, indem die Laufzeit der Wärmepumpen im Heizfall entsprechend gesteuert wird. Hierzu werden Day-Ahead Preise und Treibhausgasemissionen im Strommix als Basislastmanagement verwendet. Bei tiefen Preisen/Emissionen werden die Soll-Raumtemperaturen angehoben, um durch Vorheizen bei hohen Preisen/Emissionen weniger Elektrizität beziehen zu müssen. Hingegen wird bei hohen Preisen/Emissionen der Elektrizitätsbezug der Wärmepumpen reduziert, indem die Soll-Raumtemperaturen gesenkt werden. Dem Basislastmanagement wird ein Prioritätenmanagement überlagert, welches die Trafoüberlastung und Trafoüberhitzung kontrolliert.

Aufgrund der Simulationen mit der erstellten System-Architektur kann gezeigt werden, dass das gewählte Lastmanagement für den netzdienlichen Betrieb des untersuchten Areals geeignet ist, ohne dass die thermische Behaglichkeit der Bewohnenden signifikant eingeschränkt wird. Es wird aber auch deutlich, dass die Netzeinspeisung eine grosse Rolle spielt. Ohne Berücksichtigung von Kurz- bzw. Langzeitspeicher kann das Areal gerade im Sommer nur eine sehr begrenzte Flexibilität aufweisen bzw. dem Lastmanagement nur bedingt Folge leisten.

Das Projekt ist ein Beitrag zum IEA EBC Annex 82 “Energy flexible buildings towards resilient low carbon energy systems”.

Eckdaten des Projekts

Publikationen

Schlussbericht: FlexiCluster – Energetische Flexibilität von Arealen

Jérôme Le Dréau et. al : Developing energy flexibility in clusters of buildings: A critical analysis of barriers from planning to operation, 2023, doi: 10.1016/j.enbuild.2023.113608

T. Kırant-Mitić, M. Hall, G. Dawes, and R. A. Lopes, “Impact of Building-Grid interaction signals on energy flexibility at cluster Level: Insights from two case studies” Energy Build, vol. 346, Aug. 2025, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.116235

> Webseite IEA EBC Annex 82