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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/502165
Projekttitel
Nachhaltiges Demand Side Management für den Betrieb von Gebäuden

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
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Publikationen / Ergebnisse
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Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Mit neuen Technologien betreffend der Energiestrategie 2050 wandelt sich das Energiebedarfsprofil von Gebäuden. Man bleibt aber auf Energie aus dem Netz angewiesen. Der CO2-Fussabdruck des Netzstroms variiert nicht nur saisonal, sondern auch innerhalb eines Tages stark. Hier wird dieser schwankende CO2-Fussabdruck für eine vorausschauende Regelung auf Stufe VNB und Energie-Contractor entwickelt und im Betrieb von zwei Gebäuden, der K3-Überbauung in Wallisellen und dem Empa NEST, berücksichtigt.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
With new technologies concerning the Energy Strategy 2050, the energy demand profile of buildings is changing. However, one remains dependent on energy from the grid. The CO2 footprint of grid electricity varies strongly not only seasonally, but also within a day. Here, this fluctuating CO2 footprint is developed for a predictive control at the level of the DSO and energy contractor and taken into account in the operation of two buildings, the K3 superstructure in Wallisellen and the Empa NEST.
Kurzbeschreibung
(Französisch)
Avec les nouvelles technologies liées à la stratégie énergétique 2050, le profil des besoins énergétiques des bâtiments évolue. On reste cependant dépendant de l'énergie du réseau. L'empreinte carbone de l'électricité du réseau varie fortement non seulement en fonction des saisons, mais aussi au cours d'une même journée. Cette empreinte carbone fluctuante est développée ici pour une régulation prévisionnelle au niveau du GRD et du contractant énergétique et prise en compte dans l'exploitation de deux bâtiments, l'immeuble K3 à Wallisellen et l'Empa NEST.
Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
Ein emissionsbewusster und flexibler Gebäudebetrieb kann eine entscheidende Rolle bei der Energiewende spielen. Einerseits ist der Gebäudebetrieb für einen erheblichen Teil der weltweiten energiebezogenen Emissionen verantwortlich. Andererseits können Gebäude dem zukünftigen kohlenstoffarmen Energiesystem die Flexibilität geben, einen sicheren, stabilen und effizienten Betrieb zu erreichen. Ziel dieses Projektes ist es, ein Gebäudeautomationssystem zu entwickeln und praktisch zu erproben, das den CO2-Fussabdruck (Carbon Footprint, CF) des Schweizer Netzstroms vorausschauend nutzt und so kohlenstoffintensive Verbrauchszeiten vermeiden kann. In der Folge unterstützt ein solches Verhalten einen nachhaltigen Betrieb von Gebäuden. Es werden zwei Steuerungskonzepte verglichen. Einerseits ein Konzept, das auf die Verteilnetzbetreiber (DSO) abzielt, andererseits ein Konzept, das direkt bei den Prosumenten, d.h. dem Gebäude, implementiert wird. Als Fallstudien werden Datenquellen und Validierungen von Energiesystemen zweier Gebäude herangezogen. Einmal der Gebäudekomplex "K3" in Wallisellen (Büro-/Gewerbenutzung), und der NEST-Demonstrator in Dübendorf (Wohnnutzung). An beiden Standorten wird der Gebäudebetrieb so erweitert, dass die Praxistauglichkeit der Entwicklungen demonstriert werden kann. Anhand von Messdaten eines Benchmark-Jahres im Vergleich zu einem Jahr mit verbessertem Betrieb sowie von Simulationsfällen können erwartete Reduktionen des CF zugeordnet werden. Das Projekt S-DSM nutzt die Entwicklungen des abgeschlossenen BFE-Projekts EcoDynBat1, das einen Code zur Abfrage der elektrischen Produktionswerte europäischer Kraftwerke lieferte und den daraus resultierenden CF des Stromnetzes in einer einstündigen Auflösung für vergangene Daten berechnete. Im ersten Jahr des Projekts wurde die zeitliche Auflösung auf 15 Minuten erhöht und es wurden Vorhersagefunktionen entwickelt. So können Algorithmen, die auf Vorhersagen basieren, die CF-Vorhersage nutzen, um den Betrieb der lokalen Energiesysteme alle 15 Minuten zu optimieren. Um die technischen Komponenten realitätsnah modellieren zu können, wurden Messdaten der beiden Umsetzungsstandorte erhoben. Die Kernkomponenten der Energiezentralen von K3 und NEST wurden modelliert und eine Vorhersage ihres Wärmebedarfs entwickelt. Um die beiden Standorte steuern zu können, müssen technische Kommunikationsschnittstellen vorhanden sein. Für NEST war diese bereits zu Projektbeginn gegeben. Die Schnittstelle für K3 wurde während des Projekts definiert und implementiert. Diese Schnittstellenimplementierung führte zu erheblichen Verzögerungen im Projektplan. In Absprache mit dem BFE wurde beschlossen, das Projekt um ein Jahr zu verlängern, um genügend Zeit für eine abschliessende zweite Datenerhebungsphase und Analyse zu ermöglichen. Das vorliegende Dokument berichtet über die Entwicklungen im Jahr 2022 und baut auf dem letzten jährlichen Projektbericht auf, der auf dem Aramis-Repository2 verfügbar ist. Für die Entwicklungen im Jahr 2021 wird der interessierte Leser auf den Bericht 2021 verwiesen.
Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
Emission-aware and flexible building operation can play a crucial role in the energy transition. On the one hand, building operation accounts for a significant portion of global energy-related emissions. On the other hand, buildings may provide the future low-carbon energy system with flexibility to achieve secure, stable, and efficient operation. The aim of this project is to develop and practically test a building automation system that utilizes the CO2 footprint (carbon footprint, CF) of the Swiss grid electricity in a predictive manner and thus is able to avoid carbon intensive times of consumption. Subsequently, such a behavior supports a sustainable operation of buildings. Two control concepts are compared. On the one hand a concept aiming at distribution network operators (DSO), on the other hand a concept to be implemented directly at prosumers, i.e. the Building. As case studies, data sources and validation on energy systems of two buildings are accessed. Once the "K3" building complex in Wallisellen (office/commercial use), and the NEST demonstrator in Dübendorf (residential use). At both locations, the building operation is extended in such a way that the practicability of the developments can be demonstrated. Expected reductions of the CF can be assigned on the basis of measurement data of a benchmark year compared to a year of improved operation as well as simulation cases. The S-DSM project utilizes developments of the concluded SFOE EcoDynBat Project1, which provided code to query electrical production values of European power plants and calculated the resulting CF of the electricity grid in a one-hour resolution for past data. During the initial year of the project the temporal resolution was increased to 15 minutes and prediction capabilities were developed. Thus prediction based algorithms are able to use the CF-prediction to optimize the operation of local energy systems every 15 minutes. Measurement data of the two implementation sites was collected in order to model the technical components in a realistic manner. The core components of the energy hubs at K3 and NEST were modelled as well as their thermal demand prediction developed. To be able to control the two sites, technical communication interfaces need to be present. For NEST this was already given at the project start. The interface for K3 was defined and implanted during the project. This interface implementation caused extensive delays in the project plan. In discussion with SFOE it was decided to prolong the project by one year, in order to facilitate enough time for a conclusive second data collection phase and analysis. This document reports developments made in 2022 and builds up on the last yearly project report available on the aramis repository2. For developments made in 2021 the interested reader is referred to the 2021 report.
Zugehörige Dokumente
Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
L'exploitation flexible et attentive aux émissions des bâtiments peut jouer un rôle crucial dans la transition énergétique. D'une part, l'exploitation des bâtiments représente une part importante des émissions mondiales liées à l'énergie. D'autre part, les bâtiments peuvent apporter au futur système énergétique à faible émission de carbone la flexibilité nécessaire pour assurer un fonctionnement sûr, stable et efficace. L'objectif de ce projet est de développer et de tester en pratique un système d'automatisation des bâtiments qui utilise l'empreinte CO2 (empreinte carbone, CF) de l'électricité du réseau suisse de manière prédictive et qui est donc capable d'éviter les moments de consommation à forte intensité de carbone. Par conséquent, un tel comportement favorise une exploitation durable des bâtiments. Deux concepts de contrôle sont comparés. D'une part, un concept destiné aux opérateurs de réseaux de distribution (DSO), d'autre part un concept à mettre en œuvre directement chez les prosommateurs, c'est-à-dire les bâtiments. Les sources de données et la validation des systèmes énergétiques de deux bâtiments servent d'études de cas. Il s'agit du complexe immobilier "K3" à Wallisellen (usage bureau/commercial) et du démonstrateur NEST à Dübendorf (usage résidentiel). Sur ces deux sites, l'exploitation du bâtiment est étendue de manière à ce que la faisabilité des développements puisse être démontrée. Les réductions attendues du CF peuvent être attribuées sur la base des données de mesure d'une année de référence comparée à une année de fonctionnement amélioré, ainsi que des cas de simulation. Le projet S-DSM utilise les développements du projet EcoDynBat1 de l'OFEN, qui a fourni un code pour interroger les valeurs de production électrique des centrales européennes et a calculé la CF résultante du réseau électrique avec une résolution d'une heure pour les données passées. Au cours de la première année du projet, la résolution temporelle a été portée à 15 minutes et des capacités de prévision ont été développées. Ainsi, les algorithmes basés sur la prédiction sont capables d'utiliser la prédiction de la FC pour optimiser le fonctionnement des systèmes énergétiques locaux toutes les 15 minutes. Les données de mesure des deux sites de mise en œuvre ont été collectées afin de modéliser les composants techniques de manière réaliste. Les composants principaux des centres énergétiques de K3 et de NEST ont été modélisés et leur prévision de la demande thermique a été développée. Pour pouvoir contrôler les deux sites, des interfaces de communication technique doivent être présentes. Pour NEST, cette interface a déjà été mise en place au début du projet. L'interface pour K3 a été définie et mise en place au cours du projet. Cette mise en œuvre de l'interface a entraîné d'importants retards dans le plan du projet. En discussion avec l'OFEN, il a été décidé de prolonger le projet d'une année, afin de disposer de suffisamment de temps pour une deuxième phase de collecte et d'analyse de données concluante. Le présent document fait état des développements réalisés en 2022 et s'appuie sur le dernier rapport annuel du projet disponible sur le dépôt aramis2. Pour les développements réalisés en 2021, le lecteur intéressé est renvoyé au rapport 2021.