Arbeitspakete

Hier soll das bestehende Monitoringsystem aus dem Vorgängerprojekt KNW-Opt weiter genutzt werden, um im Zuge eines weiterführenden Monitorings aussagekräftige Analysen und Betriebsoptimierungen der bestehenden Großkollektoranlagen und des kalten Nahwärmenetzes zu ermöglichen. Es werden verschiedene Betriebsszenarien des Gesamtsystems umgesetzt und mit dem Monitoring ausgewertet. Weiterhin wird in dem Leuchtturmprojekt in Soest ein weiteres wissenschaftliches Monitoring des Gesamtsystems aufgebaut. Das Projekt in Soest soll aus den Inbetriebnahmedaten sowie den Messdaten der Betriebsszenarien von Bad Nauheim lernen. Hierfür sind fortlaufende Vergleiche angestrebt. Auch soll der Netzbetrieb von Bad Nauheim aus den Anlagedaten von Soest lernen. Als Ziel sollen mögliche hydraulische als auch thermische Optimierungen angestrebt werden, um die bestmögliche Gesamteffizienz zu realisieren. Alle Erkenntnisse der beiden Projekte sollen für weitere Stadtwerke über das zu erstellende Forum nutzbar gemacht werden.

Die anhand von Messdaten validierten Simulationsmodelle sollen den aktuellen Betrieb zuverlässig abbilden, Verbesserungspotenziale aufzeigen und quantifizieren, sowie als Planungswerkzeug die optimale Weiterentwicklung und Übertragbarkeit ermöglichen. Auch soll die Übertragung auf bestehende Nahwärmenetze ermöglicht werden.

Im Rahmen des Arbeitspaketes wird ein durchgängig digitalisiertes und standardisiertes Ökosystem für kalte Nahwärmenetze geschaffen. Dazu gehören die Weiterentwicklung des bestehenden Home Energy Management Systems (HEMS) von SmaQ zu einer marktfähigen Lösung mit Smart Grid-Ready-Anbindung sowie der Aufbau einer zentralen IoT-Plattform als "KNW EnergyCloud". Das HEMS wird um Funktionen wie Installationsassistenten und die Konformität zu energierechtlichen Vorgaben für Smart Meter Gateways erweitert. Die Cloud dient als standardisierte Datendrehscheibe zur Integration aller Mess- und Betriebsdaten der vernetzten HEMS-Infrastruktur mit offenen Schnittstellen für Projektpartner.

Das Arbeitspaket zielt darauf ab, das Fachwissen von Ingenieuren und Wissenschaftlern aus dem Bereich der Großkollektoranlage sowie der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion und Ökohydrologie zu kombinieren, um die nachhaltige Bewirtschaftung doppelgenutzter Flächen im Hinblick auf Betreibermodelle, Hemmnisse und maximale Energieausbeute zu untersuchen. Hierbei zielen die agrarökologischen Analysen darauf ab, wie verschiedene Pflanzenkulturen den Energieaustausch mit der Großkollektoranlage beeinflussen können und wie sich die Installation und der langfristige Betrieb von Großkollektoranlagen auf die saisonalen Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile des Bodens, die Wasseraufnahme der Pflanzen und die Dynamik der Evapotranspiration auswirken. Die übergeordneten Ziele dieses Arbeitspakets sind die Maximierung des Energieaustauschs der Großkollektoranlagen für die Beheizung von Gebäuden im Winter und die Kühlung im Sommer, ohne die landwirtschaftliche Produktionskapazität des Feldes zu beeinträchtigen mit dem Hintergrund die offene Fragestellung der optimalen landwirtschaftlichen Nutzung dieser Flächen für Betreibende und Landwirte zu beantworten.

Mit diesem Arbeitspaket werden die zentralen Aspekte für den effizienten Aufbau und Betrieb von kaltem Nahwärmenetzen auf Basis von Großkollektoranlagen unter landwirtschaftlich genutzten Flächen zusammengetragen und für weitere Systeme übertragbar gemacht. Während einer sehr frühen Projektphase werden die „Lessons Learned“ aus den Pilotprojekten in Bad Nauheim und Soest gesammelt, um Best Practices für Bau, Inbetriebnahme und Betrieb abzuleiten. Weiterhin wird die Digitalisierung der Netze, insbesondere mittels digitaler Zwillinge, vorangetrieben, um schon während der Projektlaufzeit in einer Betreiberplattform für Stadtwerke zu münden.
Insgesamt entsteht aus den Forschungserkenntnissen ein ganzheitliches Planungskonzept vom Bau über den effizienten Betrieb bis zur Digitalisierung für die kollektorbasierte kalte Nahwärme unter landwirtschaftlichen genutzten Flächen, welche durch das Forum der kalten Nahwärme einer Vielzahl von Stadtwerken zugetragen wird, um die Skalierung innerhalb von Deutschland voranzutreiben.

Die Projektkoordination stellt eine zentrale Rolle in einem Forschungsvorhaben dieser Größenordnung dar. Zentral steht in diesem Arbeitspaket der Aufbau eines Forums zu Austausch für Stadtwerke, Contractoren und Planende, um aus den zahlreichen Erfahrungen, Tools und Planungsleitfäden der Projektpartner zu lernen. Dies ist elementar, um die Reichweite von KNW-Opt II zur Skalierung der kalten Nahwärmenetze in Deutschland weit über die zwei Leuchtturmprojekte hinaus zu fördern. Eine Teilnahme bekannter Interessenverbände wie das Soil2Heat Netzwerk, der Bundesverband Geothermie sowie der Bundesverband Wärmepumpe erhöhen die Relevanz und das Potenzial des Forums. Deren Netzwerke werden maßgeblich zur schnellen Verbreitung und Akzeptanz des Forums unter assoziierten Stadtwerken beitragen.