Großinfrastrukturen bieten hohe Einsparpotenziale: Energiemanagement am Beispiel eines Flughafens

Das Energiesteuerungssystem wird unter anderem auch das Fluggastaufkommen berücksichtigen. Foto: Bremen Airport

Die Energieversorgung in Großinfrastrukturen wie Krankenhäuser, Universitäten oder Flughäfen wird mithilfe zahlreicher verschiedener und zumeist unabhängig voneinander agierender Systeme geregelt.

Über eine Steuerung, die die vielen Teilsysteme der Energie- und Gebäudetechnik intelligent miteinander verknüpft und zudem externe Einflüsse berücksichtigt, lässt sich der Energieverbrauch und damit der Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) deutlich reduzieren.

Das haben Wissenschaftler des BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universität Bremen errechnet und nun ein Forschungsprojekt zur Entwicklung eines solchen Steuerungssystems initiiert.

Das zweieinhalbjährige Vorhaben namens „Ganzheitliche Steuerung für den energieautarken Betrieb von Großinfrastrukturen unter Berücksichtigung von Umweltdaten“ (kurz: GEREGELT) umfasst knapp eine Million Euro und wird vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Neben dem BIBA als wissenschaftlichem Partner und Projektleiter sind zwei Bremer Unternehmen beteiligt: Die Unternehmensberatung Apandia hat die kaufmännischen Prozesse im Fokus, und der IT-Dienstleister netDV die technische Systemanbindung.

Das BIBA forscht in dem Projekt überwiegend zur ganzheitlichen Steuerung der internen Energiequellen, -speicher und -verbraucher. Assoziierter Partner ist der Bremen Airport. Er stellt unter anderem seine Daten zur Verfügung und ermöglicht Zugriffe auf die Infrastruktur eines ausgewählten Testszenarios.

Jährlich rund 55 Tonnen weniger Kohlendioxid, soviel wie 4.320 Buchen im Jahr aufnehmen

2010 hat die Bundesregierung beschlossen, dass bis 2050 bei einer gleichzeitigen Minderung des Stromverbrauchs um ein Viertel auch der Primärenergieverbrauch gegenüber 2008 um die Hälfte gesenkt werden soll. Zudem sollen 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt und die Energieeffizienz über die gesamte Energiekette gesteigert werden. Und bereits bis 2020 sollen die CO2-Emissionen auf 60 Prozent des Niveaus von 1990 reduziert sein. Das ist ein sehr ehrgeiziges Vorhaben, zu dem das Forschungsprojekt nun beitragen will.

Bei ihren Vorberechnungen und der Berücksichtigung aller Optionen für das geplante Steuerungssystem kamen die BIBA-Wissenschaftler am Beispiel des Bremer Flughafens auf eine mögliche Energieeinsparung für die gesamte Gebäudefläche des Flughafens von rund 10 Prozent. Das sind gut 1.200 Megawattstunden pro Jahr, was einem CO2-Ausstoß von zirka 55 Tonnen entspricht. So viel von diesem Treibhausgas nimmt ein etliche zig Hektar großer Wald mit 4.320 Buchen von 23 Metern Höhe und 30 Zentimetern Stammdurchmesser jährlich ungefähr auf (Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, KIT).

Durch gezielte Ansteuerung von Verbrauchern und Speichern die Lastkurve glätten

„Das ist zunächst nur ein theoretischer Wert, doch unter Berücksichtigung von Umweltdaten sowie der Einbeziehung von Speichertechnologien in das Gesamtsystem kann eine derart signifikante Reduktion des Gesamtenergiebedarfs erreicht werden“, sagt BIBA-Wissenschaftler und Gesamtprojektleiter Moritz Quandt.

„Die intelligente Vernetzung und Steuerung von internen Energiequellen, -speichern und -verbrauchern ermöglicht den Abbau von Spitzen im Energieverbrauch, also eine Glättung der Lastkurven. Das trägt zur Erhöhung der Energieautarkie von Großinfrastrukturen bei. Es gilt, durch eine gezielte Ansteuerung von Verbrauchern und Speichern Lastspitzen zu vermeiden und die Zeit niedrigeren Energieverbrauchs besser zu nutzen. Dabei bietet unter anderem der Einsatz von Solar- oder Blockheizkraftwerken eine interessante Möglichkeit. Zum Beispiel können Spitzenlasten, die im Sommer durch Kühlprozesse entstehen, mit Fotovoltaik effektiv abgefangen werden.“

Neben der verstärkten Interaktion zwischen den einzelnen Teilsystemen ist die energetische Optimierung des Gesamtsystems durch eine verbesserte Einbindung und Steuerung bestehender Anlagen erforderlich. Die vollständige Erfassung und Bewertung der Betriebsdaten aller Energieverbraucher dient als Basis für das ganzheitliche Energiemanagement. Verkehrs-, Umwelt- und Betriebsdaten sollen in die Steuerung einfließen, um eine bedarfsgerechte Energieversorgung der einzelnen Teilbereiche der Großinfrastruktur sicherzustellen. So werden unter anderem Fluggastaufkommen, Wetter, Sonnenstand und Außentemperaturen sowie die Strommarktpreise und die Kapazitäten der innerhalb der Großinfrastruktur zur Verfügung stehenden Energiespeicher berücksichtigt.

Übertragbar auf andere Großinfrastrukturen wie Krankenhäuser und Universitäten

Der Bremer Flughafen hat bereits einen starken Fokus auf Umwelttechnologien. Dort arbeiten ein Blockheizkraftwerk und eine energieeffiziente Gebäudeleittechnik, auf dem Vorfeld fahren E-Mobile und E-Fluggasttreppen, die Toiletten werden mit Regenwasser gespült, die Rolltreppen setzen sich nur bei Bedarf in Bewegung, und aktuell wird die Parkhausbeleuchtung auf LED umgestellt. So spart der Flughafen schon heute viel Energie ein und sucht hier stets nach weiteren Möglichkeiten.

„Mit dem Bremen Airport haben wir einen innovativen Partner an unserer Seite“, sagt Apandia-Geschäftsführer Thomas Bleeker. Der Flughafen bietet die Möglichkeit, das entwickelte Steuerungssystem in ausgewählten Teilbereichen in einer realen Gebäudetechnik umfangreichen Praxistests zu unterziehen. Aus den im Testszenario gewonnenen Daten werden die Einsparpotenziale für den gesamten Flughafen abgeleitet.

Durch den modularen Aufbau des Systems wollen die Projektpartner seine Übertragbarkeit vom prototypischen Anwendungsszenario auf weitere Anwendungsfelder sowie eine Integration in bestehende IT-Landschaften gewährleisten und damit die spätere Vermarktung ermöglichen.

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