Wirtschaftliches, flexibles und effizientes Energiemanagement für Unternehmen mit der Softwaretoolbox intEMT®

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ntEMT - intelligent Energy Management Toolbox
Energiesysteme in Unternehmen, Quartieren und allgemeiner Infrastruktur
sind komplex und bieten häufig Potenzial, durch intelligentes
Energiemanagement sowohl Kosten als auch klima-schädliche Emissionen zu
reduzieren. Dabei unterstützt die universelle Softwaretoolbox intEMT®
(intelligent Energy Management Toolbox) des Fraunhofer IISB, verfügbar
unter https://www.intemt.de/.

Damit lassen sich Energiesysteme
modellieren, simulieren und optimieren. Anhand nicht-invasiver
Untersuchungen werden Optimierungsmöglichkeiten der Energieinfrastruktur
identifiziert und nötige Anpassungen und Erweiterungen geplant. So
gewinnen Unternehmen Sicherheit bei ihren Investitionen und können das
Aufwand-Nutzen-Verhältnis langfristig kalkulieren.

Durch ganzheitliches Energiemanagement Synergien in der
Energieinfrastruktur nutzen

Steigende Energiekosten, fluktuierende Verfügbarkeit erneuerbarer Energien
und anspruchsvolle Klimaziele erhöhen den Druck auf Energieabnehmer, ihre
Energiesysteme wirtschaftlich, nachhaltig und resilient zu betreiben.
Gleichzeitig werden industrielle und gebäudenahe Energiesysteme immer
komplexer: Sektoren wie Strom, Wärme, Kälte und Mobilität sowie Netze,
Erzeugungsanlagen und Speicher greifen eng ineinander. Änderungen an
einzelnen Komponenten wirken sich oft auf das Gesamtsystem aus. So können
Optimierungen an einer Stelle die Gesamteffizienz sogar verschlechtern.
Für belastbare Entscheidungen braucht es daher Werkzeuge, mit welchen sich
Betriebsweisen, Ausbauoptionen und Optimierungsstrategien fundiert
untersuchen lassen, ohne in die sensible Energiebereitstellung
einzugreifen.

intEMT®, die intelligent Energy Management Toolbox, bietet eine modulare
und flexible Lösung für Industrieunternehmen, Forschungseinrichtungen,
Netzbetreiber, Stadtwerke, Energiemanagementbeauftragte und alle, welche
Energieanlagen planen und betreiben. Die Softwaretoolbox ermöglicht die
Modellierung, Simulation und Optimierung komplexer Energiesysteme, also
aller Anlagen zur Energiebereitstellung, Energiewandlung und -speicherung.
Dabei bündelt die Bibliothek Know-how aus über zehn Jahren Erfahrung auf
dem Gebiet des intelligenten Energiemanagements und dient dazu, sowohl
einzelne Komponenten als auch vollständige Energiesysteme digital
abzubilden und systematisch weiterzuentwickeln. Die Besonderheit von
intEMT® liegt in der Kombination aus abstrakten, vielseitig einsetzbaren
Komponentenmodellen, erweiterten Betriebsstrategien, optimierten
Dimensionierungsalgorithmen und übergeordneten Energiemanagementmethoden
in einer gemeinsamen Softwareumgebung.

Modulare Architektur für vielseitige individuelle Anwendungsszenarien

Die Softwaretoolbox besteht aus fünf Python-basierten Kernbibliotheken,
die einzeln oder gemeinsam eingesetzt werden können – je nach Bedarf.
Dementsprechend reicht das Einsatzspektrum von der komponentennahen
Modellierung über die Abbildung lokaler Betriebsstrategien bis hin zur
simulationsgestützten Auslegung und zur prädiktiven
Energieflussoptimierung ganzer Systeme.

Dank dieses flexiblen Modellierungsansatzes kann intEMT® in sehr
unterschiedlichen Anwendungsfeldern von Unternehmen und Forschungspartnern
eingesetzt werden, wie beispielsweise:

* Lastspitzenreduktion mit elektrischen und thermischen Komponenten
* Erhöhung der Eigenversorgung durch regenerative Energiequellen und
Speicher
* Day-Ahead-Optimierungen von Speichern und Energiesystemen
* Management von Ladeinfrastrukturen
* Betrieb von Microgrids und Inselnetzen

Auch die Kombination mehrerer Zielsetzungen in multiobjektiven
Anwendungsfällen ist möglich. Neue Technologien und Anwendungsfälle lassen
sich dabei mit geringem Aufwand integrieren.

Das kann intEMT® - entdecken Sie die Features

Mit intEMT® lassen sich digitale Zwillinge realer Energiesysteme aufbauen,
um Komponenten und Betriebsweisen präzise auf Basis vorhandener Daten
nachzubilden. Szenario-basierte Untersuchungen ermöglichen es außerdem,
verschiedene Versorgungsstrategien, Anlagenkonstellationen und
Bedarfssituationen miteinander zu vergleichen. Darüber hinaus unterstützt
die Toolbox das Ausprobieren und Validieren verschiedener
Betriebsstrategien sowie die optimale Auslegung von Speichern,
Erzeugungsanlagen und Netzanbindungen. Intelligente
Energiemanagementmethoden helfen dabei, Energieflüsse kosten- und
emissionsoptimiert zu steuern und lokal verfügbare erneuerbare Energien
bestmöglich zu nutzen. Zugleich dient intEMT® als technologische Grundlage
für anwendungsspezifische Softwarewerkzeuge, welche vom Fraunhofer IISB
individuell bereitgestellt werden.

Auch auf der methodischen Ebene ist intEMT® breit aufgestellt. Die Toolbox
vereint Funktionalität zur Simulation und Optimierung in einem gemeinsamen
Framework. So kann die zeitliche Energieverteilung eines gegebenen Systems
mathematisch optimiert werden, beispielsweise um Speicher hinsichtlich
Lastprofile, regenerativer Energiequellen, oder Strombörsenpreisen
besonders wirtschaftlich einzusetzen. Für das Energiemanagement stehen
sowohl einfache und robuste Basisstrategien als auch fortgeschrittene
Ansätze zur Verfügung, wie beispielsweise vorhersagebasierte
Echtzeitstrategien und Lastverteilungsstrategien für mehrere ähnliche
Anlagen. Übergeordnete prädiktive Verfahren ergänzen dieses
Methodenspektrum.

intEMT® im Praxiseinsatz: Projekterfolge von Hybridkraftwerk und
Quartierslösung bis zu mobilen Systemen

intEMT® wurde und wird in zahlreichen laufenden und abgeschlossenen
Forschungs- und Industrieprojekten zur Auslegung und Optimierung
eingesetzt und weiterentwickelt, darunter etwa REMBup, Flexship,
IRES4Ukraine, GreenICT, ProEnergie und Wärmenetze 4.0. Damit deckt die
Toolbox Anwendungen von gebäudenahen und industriellen Energiesystemen
über Quartierslösungen bis hin zu mobilen Systemen ab. Die Erfahrungen aus
diesen Vorhaben fließen kontinuierlich in die Toolbox ein.

Im Rahmen des BMWE-geförderten Reallabor-Projekts REMBup wird intEMT® für
die Entwicklung eines maßgeschneiderten Energiemanagements für die
NürnbergMesse eingesetzt. Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Planung
und Umsetzung eines Hybridkraftwerks zur CO2-neutralen Energieversorgung
der Messe, wofür das ganzheitliche Energiemanagement ein zentrales
Schlüsselelement ist. Auf Basis von Lastprognosen, Wettervorhersagen und
eines Digitalen Zwillings werden für jeden Zeitpunkt die optimalen
Betriebspunkte bestimmt. In IRES4Ukraine steht dagegen die zuverlässige
und nachhaltige Versorgung von Einrichtungen in der Ukraine im
Vordergrund.

Auch in mobilen Anwendungen hat intEMT® sich bewiesen: In Flexship wurde
zum Beispiel ein Energiemanagementsystem entwickelt, welches die Effizienz
von hybrid-elektrischen Schiffen optimiert, indem der Treibstoffbedarf
minimiert wird.

Die fünf intEMT®-Softwaremodule im Überblick

Die Component Library bildet das Fundament von intEMT®. Sie stellt
abstrahierte Modelle für unterschiedliche Komponententypen bereit,
darunter Netzanschlüsse, Energiewandler, datenbasierte Komponenten,
Energiequellen und Speicher. Durch den generalisierten Modellierungsansatz
lassen sich zahlreiche reale Technologien mit einer gemeinsamen Struktur
abbilden.

Die Operational Strategies Library enthält lokale Betriebsstrategien für
Anlagen und Speicher. Sie berücksichtigt unter anderem Betriebsgrenzen,
Mindestlaufzeiten, Verfügbarkeitszeiten und Ladezustände. Neben
universellen Basisstrategien stehen auch spezialisierte Verfahren wie
vorhersagebasierte Strategien oder Strategien zur Leistungsaufteilung
zwischen mehreren ähnlichen Anlagen zur Verfügung.

Der Aufbau vollständiger Energiesysteme aus Komponenten, Netzen und
Betriebsstrategien wird durch die Systems Library ermöglicht. Sie
unterstützt Simulation, Optimierung und Auswertung komplexer
Systemverbünde und bietet damit die Grundlage für ganzheitliche
Betrachtungen auf Systemebene.

Mit der Dimensioning Library können Speicher und Anlagen für verschiedene
Anwendungen technisch und wirtschaftlich ausgelegt werden, etwa für
Lastspitzenreduktion, Eigenverbrauchsoptimierung oder kombinierte
Anwendungsfälle. So lassen sich Investitionsentscheidungen gezielt
vorbereiten.

Die Energy Management Library integriert die Module und stellt
übergeordnete Methoden für das intelligente Energiemanagement bereit. Ein
zentraler Ansatz ist die Economic Model Predictive Control (eMPC), die auf
Basis aktueller Prognosen optimierte Sollwerte für das Energiesystem
bereitstellen kann.

Ergänzt werden diese Kernmodule durch Schnittstellen zu Wetter- und PV-
Datenbanken sowie durch Utility-Funktionen für Datenverarbeitung und
Auswertung.

Fraunhofer IISB

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie
IISB zählt zu den führenden europäischen Forschungseinrichtungen für Wide-
Bandgap-Halbleiter und leistungselektronische Systeme. Dabei bedient es
die vollständige Wertschöpfungskette der Leistungselektronik. Das Spektrum
reicht von Grundmaterialien über Halbleiterbauelemente und
Prozesstechnologien, leistungselektronische Module und Komponenten bis zu
kompletten Elektronik- und Energiesystemen.

Zentrale Anwendungsfelder sind Elektromobilität, Luft- und Raumfahrt,
nachhaltige Energieversorgung sowie Sicherheit und Verteidigung. Mit
seinen Lösungen setzt das Institut immer wieder Benchmarks in
Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit, auch für extreme
Betriebsbedingungen. Die Integration intelligenter datenbasierter
Funktionalitäten erschließt dabei kontinuierlich neue Anwendungsszenarien.
So unterstützt das IISB weltweit Kunden und Partner, aktuelle
Forschungsergebnisse in wettbewerbsfähige Produkte zu transferieren.
Ca. 400 Mitarbeitende sind an den Standorten des IISB tätig: dem Hauptsitz
in Erlangen, dem E|Road-Center im Cleantech Innovation Park in Hallstadt,
im BioCity Campus in Leipzig und am Fraunhofer-Technologiezentrum
Hochleistungsmaterialien THM in Freiberg.