Schaffung einer dauerhaften Plattform für die Gestaltung der Zukunft der Energie

Während die Energiekosten in die Höhe schießen und die Industrie ums Überleben kämpft, EMB3Rs einen Unterschied machen. Österreichische Forscher zeigen, wie die Plattform Unternehmen dabei helfen kann, Abwärme kosteneffizient in eine wertvolle Einnahmequelle umzuwandeln - jetzt und in den kommenden Jahren.

Wie schafft man eine digitale Plattform, die Anbieter und potenzielle Nutzer von Abwärme auf lokaler und nationaler Ebene zusammenbringt und gleichzeitig aussagekräftige Daten zu Netzpreisen und Effizienz liefert - jetzt und auch in Zukunft? Diese Frage haben Forscher des Wiener Start-ups e-think energy research und der Technischen Universität Wien (TU Wien) bei der Entwicklung der EMB3Rs-Plattform beantwortet.

Die Plattform wurde entwickelt, um Abwärmeanbieter und Endverbraucher zusammenzubringen. Sie bildet das Angebot und die Nachfrage nach thermischer Energie von potenziellen Akteuren ab und ermittelt die günstigste Option, um potenzielle Nutzer anzuschließen. Die Plattform wird zeigen, wie überschüssige Wärme und Kälte als wertvolle Energiequelle für andere industrielle Prozesse, Fernwärme und andere Anwendungen wiederverwendet werden kann.

Ali Kök von der Energy Economics Group der TU Wien und Marcus Hummel von e-think haben gemeinsam die Anforderungen und Spezifikationen der EMB3Rs-Plattform definiert. Hummel: "Das war ein intensiver Prozess und sicher keine einfache Aufgabe. Aber da sich das Projekt seinem Ende nähert, sind Kök und Hummel zuversichtlich, dass sich ihre Beharrlichkeit ausgezahlt hat und noch viele Jahre lang auszahlen wird.

Der Weg in die Ferne

EMB3Rs umfasst mehrere Open-Source-Softwaremodule, die so programmiert wurden, dass sie ein breites Spektrum an energiebezogenen technischen und wirtschaftlichen Daten verarbeiten können. So bewertet beispielsweise ein Geschäftsmodul das Risiko eines Energiekonzepts, ein technisch-wirtschaftliches Optimierungsmodul bestimmt die kostengünstigste Option für die Nutzung überschüssiger Wärmeenergie in einer Versorgungskette und ein Marktmodul berechnet die potenziellen Preise für Abwärme in verschiedenen Marktsituationen.

Ali Kök und seine Kollegen an der TU Wien haben das wichtige GIS-Modul der Plattform entwickelt. Dieses ist entscheidend für die Suche nach dem kosteneffizientesten Weg, Wärme-/Kältequellen und -senken zu verbinden, und berücksichtigt die Optionen für die Wiederverwendung von Abwärme/Kälte in einer bestimmten Entfernung von einem Fernwärme- und -kältesystem.

Im Rahmen seiner Berechnungen ermittelt das GIS-Modul die Entfernung zwischen Quelle und Senke, entwirft eine potenzielle Netzlösung und berechnet dann die erforderlichen Netzinvestitionskosten und die damit verbundenen Wärme-/Kälteverluste für dieses Netz. Für diese Berechnungen werden verschiedene Daten benötigt, beispielsweise die Kosten für Pumpen, Rohre und Grabarbeiten, die Bodentemperaturen und die Wärmekapazität des Wassers sowie die Lage der zugänglichen Straßen.

Laut Kök haben er und seine Kollegen Daten aus Nutzerinformationen abgerufen und eng mit ADENE - Agência para Energia - in Portugal zusammengearbeitet. Die Datenbanken von ADENE mit Energieausweisen für portugiesische Gebäude und Industrie-Audits halfen dabei, potenzielle Wärme-/Kältequellen und -senken ausfindig zu machen und Netzlösungen sowohl auf lokaler als auch auf nationaler Ebene zu bestimmen.

Die Forscher luden auch die äußerst wichtigen Straßennetzdaten von der kostenlosen und quelloffenen Straßenkartendatenbank OpenStreetMap herunter. "Unser GIS-Modul verwendet Daten aus dieser geografischen Datenbank, um beispielsweise das kürzeste Fernwärmenetz zu erstellen", erklärt Kök.

Skalierung ist wichtig

Bei der Entwicklung des GIS-Moduls stand für Kök und seine Kollegen die Skalierbarkeit im Vordergrund. Kök weist darauf hin: "In manchen Fällen modelliert man kleine Gebiete mit einer geringen Anzahl von Wärmequellen und Nutzern, aber man kann auch auf einer großen regionalen Ebene modellieren, z. B. als Teil einer großen Stadt."

Um sicherzustellen, dass die EMB3Rs-Plattform problemlos von der lokalen bis zur nationalen Ebene skaliert werden kann, haben die Forscher das GIS-Modul so konzipiert, dass es die Auflösung seiner Netze verringert, wenn das zu modellierende Gebiet wächst. Dadurch wird auch sichergestellt, dass die Berechnungszeiten des Moduls relativ kurz bleiben, wenn ein Netzwerk über ein großes Gebiet erstellt wird.

"Wenn der Benutzer eine nationale Bewertung vornimmt, kann [das Modul] nicht alle Straßen eines ganzen Landes verwenden, da die Berechnungszeiten ewig dauern würden", sagt Kök. "Je nach Komplexität eines Gebiets entfernen wir also Details und verringern die Auflösung des Netzes, um die Skalierbarkeit zu gewährleisten. So entfernt das Modul beispielsweise Rad- und Fußwege aus seinen Berechnungen, wenn es größer wird.

"Den richtigen Kompromiss zwischen Detailgenauigkeit und Skalierbarkeit zu finden, war eine große Herausforderung, aber wir haben es geschafft", fügt er hinzu. "Unser Ziel war es, EMB3Rs in sehr kleinen Fallstudien einzusetzen, aber wir wollen es vielleicht auch auf nationaler Ebene verwenden".

Die Komplexität des Moduldesigns und der Integration in die Plattform ist jedem klar - in der Tat haben sowohl e-think als auch die TUWien den schwierigen Prozess der Definition von Modul- und Plattformanforderungen im Einklang mit allen Benutzeranforderungen koordiniert. Nach jahrelanger Entwicklung ist Hummel jedoch sicher, dass die Vorteile von EMB3Rs von Dauer sein werden.

Er hebt hervor, dass die Plattform nuancierte und detaillierte Daten auf "Straßenebene" liefern kann, was sie zu einem sehr nützlichen Vorab-Durchführbarkeitstool für die Planung und Gestaltung von Energielösungen macht. "Digitale Werkzeuge werden immer wichtiger - je mehr detaillierte Daten erzeugt werden, desto mehr müssen sie analysiert werden, und dafür brauchen wir Werkzeuge", sagt er.

"Wir haben die Erfahrung gemacht, dass es ziemlich schwierig sein kann, die Entwicklung von Open-Source-Tools am Leben zu erhalten... aber ich denke, dass es bei einem Pre-Feasibility-Tool wie EMB3Rs anders sein wird, da die Informationen, die die Plattform liefert, direkt zu den Entscheidungsträgern gebracht und tatsächlich in der Projektentwicklung verwendet werden können", fügt er hinzu. "Angesichts dessen denke ich, dass es eine echte Chance gibt, dass EMB3Rs ein wirklich langlebiges Projekt ist, für das die Nutzer auch bezahlen werden."

Nachhaltige Wirkung

Wenn sich das EMB3Rs-Projekt dem Ende zuneigt, welche Auswirkungen wird die Plattform dann auf die wachsenden Energieprobleme der Welt haben? Für Hummel liegt die Antwort nicht nur in der Langlebigkeit des Projekts, sondern auch in der Bildung. Er glaubt, dass EMB3Rs eine echte Chance hat, Industrien, die Abwärme erzeugen, zu zeigen, wie diese genutzt werden kann, um einen potenziellen Einkommensstrom zu schaffen, insbesondere in Fernwärmesystemen.

"Da die Abwärme am Ende der Rohrleitung steht, ist sie auch am Ende der Überlegungen vieler Industrien, aber mit EMB3Rs können wir den Wert der Abwärme aufzeigen", sagt er.

"EMB3R kann zum Beispiel zeigen, dass der Preis, den man für die Einspeisung von Abwärme in ein Fernwärmesystem erhält, davon abhängt, wie viel Wärme man hat, wie regelmäßig man sie abnimmt, wie hoch der Bedarf ist und welche anderen Versorgungsmöglichkeiten es im Netz gibt", fügt er hinzu. "Ich habe schon einige ungünstige Abwärmeverträge gesehen, aber das liegt daran, dass die Unternehmen einfach nicht wissen, wie viel Geld sie dafür bekommen sollten".

Kök stimmt dem zu und meint, dass die EMB3Rs-Plattform genau zum richtigen Zeitpunkt kommt. "Ich habe kürzlich an einer wissenschaftlichen Konferenz zum Thema Fernwärme teilgenommen, und dort haben wir gehört, wie einige Unternehmen die hohen Energiepreise durch den Verkauf ihrer Abwärme überlebt haben", sagt er. "Die heutige Energiekrise motiviert die Unternehmen also bereits dazu, zu prüfen, wie sie durch die Integration von Abwärme in Energiesysteme Einnahmen erzielen können."