Seestadt Aspern

Optimale Lösungen für die Energiewende eines intelligenten Stadtteils. Europaweit einzigartiges Forschungsprojekt in Wien bringt neue Lösungen zum Schutz des Klimas.

Jetzt geht’s ums Klima

Mit dem European Green Deal hat die Europäische Kommission ihr Schlüsselprojekt für eine klimaneutrale und ressourcenschonende Wirtschaft vorgelegt.

Weg aus der Klimakrise mit klar definierten Zielen

  • Treibhausgas-Neutralität bis 2050
  • Klimaneutralität in Österreich bis 2040
  • Ab 2030 nur noch Strom aus erneuerbaren Energien

Die Ziele sind ambitioniert, aber erreichbar: Erforderlich ist Intelligenz und Vernetzung, Mut und Know-How.

 

Prognosen zufolge werden bis zum Jahr 2050 weltweit etwa 70 Prozent der Menschen in Ballungszentren leben. Der globale Investitionsbedarf in Infrastrukturprojekte für intelligente Städte wird weiter steigen und die urbane Bevölkerung wachsen. Experten rechnen im Jahr 2030 allein in Wien mit zwei Millionen Einwohnern.

 

Optimale Lösungen sind möglich, dank

  • vorausschauender Gebäudeautomatisierung,
  • einem verbesserten Verteilnetz,
  • der Nutzung der Energieflexibilitäten am Energiemarkt
  • und der Verwendung gewonnener Daten für den maximalen Komfort der Bewohner.

Tomorrow is now

Der Schlüssel zu dieser Zukunft liegt in der Entwicklung unserer Städte. Aus diesem Grund arbeiten wir schon heute an der Stadt von morgen. In Teilen der Seestadt Aspern werden in einem europaweit einzigartigen Forschungsprojekt komplexe Zusammenhänge in modernen Städten erforscht, neue Lösungsansätze unter realen Bedingungen getestet und nachhaltige Technologien für unsere Energiezukunft entwickelt.

Wir denken Energie neu

Zur Entwicklung einer klimaneutralen, nachhaltigen Wirtschaft und Gesellschaft braucht es neue Zugänge. Siemens forscht an innovativen Lösungen. Den Übergang zur klimaneutralen Energiewelt von morgen definieren die „5Ds“: Dekarbonisierung, Dezentralisierung, Diversifizierung, Demokratisierung und Digitalisierung.

Verbunden werden diese "5Ds" durch ein Element, die durchgängige Digitalisierung auf Basis modernster Technologien.

Aspern Smart City Research

Einzigartige Forschung im Bereich Gebäudetechnik und Energieverteilung

Anwendung neuer Technologien in einem realen Stadtteil 

Seit Oktober 2013 betreibt Siemens Österreich als Teil der Forschungsgesellschaft Aspern Smart City Research (ASCR) eines der innovativsten und nachhaltigsten Energieeffizienz-Demonstrationsprojekte in Sachen Gebäudetechnik und Energieverteilung. Projektpartner sind Wien Energie, Wiener Netze, Wirtschaftsagentur Wien und Wien 3420.

 

Bei der Forschung des ASCR geht es nicht nur um Einzelelemente, sondern um komplexe Zusammenhänge innerhalb eines intelligenten Stadtteils. Denn in der Seestadt Aspern können die Forscher ihre Lösungen mit realen Gebäuden, Netzen, Betreibern und echten Nutzern testen. Aus den so gewonnenen Erfahrungen und Daten werden Energiesysteme für eine nachhaltige Zukunft in Wien und darüber hinaus entwickelt. 

 

Das Modell ist in dieser Form einzigartig. Über 100 Personen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Bereichen sind direkt an der Forschung beteiligt.

ASCR 2023: Von der Theorie in die Praxis

In der ersten Phase des Aspern-Projekts ging es um den Aufbau der notwendigen Forschungsinfrastruktur. Sie dient als Basis für die Erfassung von Daten und die praktische Erprobung von Lösungskonzepten.

 

In Phase zwei reicht das Spektrum der Forschungstätigkeiten von der intelligenten Integration von Gebäuden in die Versorgungsnetze und Energiemärkte über neue Ansätze der Bereitstellung thermischer Energie für dezentrales Heizen und Kühlen bis zum energieeffizienten Laden von E-Autos.

Die entwickelten und optimierten prototypischen Systeme im Gebäude- und Netzbereich werden nun in wirtschaftliche und praxistaugliche Lösungen für Bewohner, Netz- und Gebäudebetreiber sowie Energieprovider übergeleitet. Ziel ist die Kommunikation von Gebäuden mit ihren Bewohnern, dem intelligenten Netz, den Wetterdiensten und gegebenenfalls mit dem Markt in Form von Energiedienstleistern und Handelsplattformen. 

Im Rahmen der ASCR Gesellschaft investiert Siemens rund 37 Millionen Euro in die Erforschung der urbanen Energiezukunft.

Rückblick zu Projektphase 1

Modernste Technologien

Die Auswirkung der “5D” auf die Forschungsschwerpunkte

Die ASCR-Aktivitäten zielen darauf ab, langjährige Forschung in gelebte Innovationen zu verwandeln. Verbunden ist dies mit einer Reihe von Forschungsfragen zum Thema „Intelligente Stromnetze“, wie auch zum „optimalen Einsatz der Energie in intelligenten Gebäuden“. Sowohl für die Gebäude- als auch für die Netz-Zukunft spielt die Digitalisierung eine entscheidende Rolle. Trends wie beispielsweise Industrial Internet of Things, Digitale Zwillinge, Machine Learning und Artificial Intelligence bilden die Basis für neue Lösungen. Dabei berücksichtigen wir von Beginn an notwendige Maßnahmen zum Schutz gegen Cyberkriminalität und verwenden möglichst weitgehend Open Source Software.

Intelligente Gebäude

Woher kommt die Energie für Warmwasser, Heizung oder Kühlung, wenn keine fossilen Energieträger mehr genutzt werden? Wie erfolgt die optimale Integration von Photovoltaik- und  solarthermische Anlagen sowie Wärmepumpen in ein Energiemanagementsystem für Gebäude? Wie können intelligente Gebäude in automatisierter Form und zum Nutzen seiner Bewohner als aktiver Energiemarktteilnehmer auftreten?

Mehr zum Gebäude

Intelligente Stromnetze 

Wie muss ein Niederspannungsnetz künftig  aufgebaut sein und wie können bestehende Netze nachgerüstet werden? Welche  Anforderungen ergeben sich daraus für die höheren Netzebenen? Wie muss ein Smart Grid effizient betrieben und gemanagt werden? Welche Tools braucht es für Roll-Out, Betrieb und Wartung? Wie funktioniert die Integration neuer Lösungen in die bestehende technische Infrastruktur und Prozesslandschaft eines Verteilernetzbetreibers?

Mehr zum Netz

Das Gebäude im Fokus

Mehr Wärmepumpen und Photovoltaik-Anlagen erfordern mehr Intelligenz in Gebäuden

Besseres Energiemanagement im Gebäude gegen mögliche Überlastung des Energienetzes

Die Verwendung von Wärmepumpen, Photovoltaik- und HLK-Anlagen in und im Umfeld von Gebäuden sowie die Elektromobilität führen zu zusätzlichem elektrischen Energiebedarf. Durch die verstärkte Nutzung neuer elektrischer Verbraucher kann es zu einer Überlastung der Netze kommen. Um das zu vermeiden ist es wichtig, den Eigenverbrauch von Gebäuden zu optimieren.

Das Forschungsteam der ASCR arbeitet daher an Lösungen mit folgenden Schwerpunkten:

  • CO2 neutrale Energiebereitstellung für Trinkwassererwärmung, Heizung, Kühlung/Temperierung und Mobilität
  • Optimierung von Photovoltaik-Anlagen, solarthermischen Anlagen, Wärmepumpen etc. durch ein Energiemanagementsystem
  • Neue Wege für Planung, Betrieb und Wartung durch den Einsatz von Building Information Modeling (BIM)
  • Teilnahme von Gebäuden und Gebäudeverbünden (z.B. Universitätscampus) an Energiemärkten

Wie lassen sich solche Anforderungen technisch umsetzen? 

Welche Voraussetzungen müssen Gebäude und auch Stromnetz erfüllen? Welche gesetzlichen Rahmenbedingungen sind nötig? Wie lassen sich diese Lösungen mit Geschäfts- bzw. Tarifmodellen der Energieversorger kombinieren?

Ein Lösungsansatz ist ein Building Energy Management System (BEMS).
Es zielt darauf ab, den Energieverbrauch von Gebäuden zu optimieren und eine lückenlose Energieverwaltung zwischen Gebäuden und Energienetzen herzustellen. So können intelligente Gebäude in verschiedenen „Sprachen“ nicht nur mit eigenen Anlagen, wie Wärmepumpen oder Energiespeicher im Keller, PV-Anlagen am Dach oder Ladeinfrastruktur kommunizieren, sondern auch mit anderen Gebäuden, Netzen und Strommärkten in Dialog treten.

Ein BEMS ist so in der Lage, die „prognostizierbare Unberechenbarkeit“ des Energieverbrauchs eines Gebäudes auszugleichen und den energieneutralen Betrieb sicherzustellen. Dies gelingt, indem verschiedenste Prognosemodelle, etwa Wettervorhersagen (wichtig für den Betrieb von PV-Anlagen), in das System einfließen. In Spitzenzeiten wird Strom automatisiert zur Verfügung gestellt. Breit angewendet, ist das eine höchst effektive Möglichkeit, das Netz zu stabilisieren und den CO2-Footprint von Gebäuden zu reduzieren.

In die Zukunft schauen: Industrial Internet of Things (IIoT) und Digitaler Zwilling 

Eine Lösung der genannten Herausforderung liegt in der Aufrüstung bestehender Systeme mit neuen Funktionalitäten. Teile der Seestadt Aspern wurden als Testumgebung für IIoT-basierte, moderne Automatisierungssysteme genutzt, wodurch domänen-übergreifende IoT-Architekturen für verteilte Energiesysteme realisiert werden konnten. Aus der anwendungsorientierten Forschung ist die Produktfamilie SICAM A8000 entstanden.

Digitales Abbild eines Gebäudes

Frühzeitiges Erkennen von Problemen verschafft dem Gebäudebetreiber Zeit, Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Mit Hilfe eines digitalen Zwillings (einer Echtzeit- Abbildung von Gebäuden) aber auch Netzen und ganzen Stadtteilen,  werden Gebäudebetreiber, Bauträger und Investoren dabei unterstützt, für ihre Projekte die richtigen Energiekonzepte zu wählen. Die Spannkraft eines digitalen Zwillings reicht dank der Verfügbarkeit von Produkt-, Planungs-, Ausführungs- und Änderungsdaten sowie historischen und Real-Time-Messdaten von der Planung, dem Bau, der Inbetriebnahme über den reibungslosen Betrieb und der vorausschauenden Wartung bis zum Abriss eines Gebäudes.

 

Dank der so gewonnenen Transparenz können nicht nur Prozesse optimiert und Fehler vermindert, sondern auch Kosten und Energie eingespart werden.

Das Netz im Fokus

Die Integration erneuerbarer Energiequellen bringt Herausforderungen für das Energieverteilnetz

Neue Möglichkeiten für bestehende Netzinfrastruktur

Energie wird heute an Anschlusspunkten in das Netz eingespeist, die zum Zeitpunkt der Netzplanung technisch dafür nicht ausgelegt wurden. Dazu kommt die Elektromobilität, die gegenüber dem Leistungsbedarf eines Haushalts ein Vielfaches an Ladeleistung benötigt, oder aber moderne Speichermöglichkeiten. Dies ist mit zahlreichen Herausforderungen für das Verteilernetz verbunden. Um weiterhin eine effiziente Stromversorgung mit der vorhandenen Netzinfrastruktur sicherzustellen, müssen entsprechende Möglichkeiten geschaffen werden.

Smart Grid - Der Weg zu intelligenten Netzen

Nur durch den optimalen Mix aus kosteneffizientem Netzausbau und zeitnaher, bidirektionaler Kommunikation kann dem bereits stattfindenden Netzumbruch Rechnung getragen werden. Ziel ist die Schaffung von Möglichkeiten den immer größer werdenden Spitzenleistungsbedarf zu beherrschen, die Leistungsaufnahme von Lasten zu reduzieren ohne den Energiehandel signifikant einzuschränken oder aber Energiegemeinschaften zu unterstützen.

 

Das Forschungsteam der ASCR arbeitet daher an Lösungen mit folgenden Schwerpunkten:

  • Interaktion und Integration intelligenter Niederspannungsnetze in das Gesamtsystem
  • Skalierbare Digitalisierungs- und Roll-Out Strategien
  • Definition und Optimierung von Betriebsprozessen
  • Interoperabilität über Herstellergrenzen
  • Adaptivität der Lösungen, um die sich ändernden Herausforderungen (Stichwort: Energiewende) zu meistern

Maximaler Nutzen für Marktteilnehmer

Erneuerbare Energie sollte möglichst dann verbraucht werden, wenn sie erzeugt werden kann. Ein Mittel, um dieses Ziel zu unterstützen sind flexible Energiepreise. Das heißt, immer, wenn viel erneuerbare Energie am Markt angeboten wird, fallen die Energiepreise – in Zukunft auch für Haushaltskunden sofern Smart Meter bereits verfügbar sind.

Im zweiten Schritt geht es um eine effizientere Nutzung dezentral erzeugter Energie. Hier wurden in Österreich bereits die rechtlichen Rahmenbedingungen geschaffen, um die Gründung von Energiegemeinschaften zu ermöglichen. Dahinter steht die Idee, dass sich Prosumer und Consumer lokal so organisieren, dass lokal erzeugte Energie auch lokal genutzt wird. Damit können Transformations- und Durchleitungsverluste, die bei einer Einspeisung in höhere Netzebenen auftreten, vermieden werden.
 

All diese Szenarien bilden einen wesentlichen Hintergrund für die Forschung in Aspern. Ziel ist es herauszufinden, welche Optimierungen in dem zuvor beschriebenen System den maximalen Nutzen für die einzelnen Marktteilnehmer bringen, wie man sie technisch realisieren kann und wie man Lösungen gestalten muss, damit sie für Anwender leicht nutzbar sind. 

Vernetzung und Intelligenz

Mit Hilfe modernster Monitoring- und Analysetools, sowie intelligenter Sensorik und digitalen Managementsystemen, sollen Netz und Gebäude für die neuen Aufgaben gerüstet werden.

Damit Netze künftig mit Gebäuden, und auch mehrere Gebäude untereinander, kommunizieren können, werden diese über Schnittstellen verbunden. So können sie Daten, Flexibilitätspotenziale, Anforderungen etc. austauschen. Dabei zeigen sich beachtliche Synergieeffekte. Dies betrifft etwa Methoden für die Bereitstellung eines digitalen Zwillings, die Vorhersage von Energie- und Lastflüssen oder die Bereitstellung einer geeigneten Data Analytics-Umgebung zur Prozessverbesserung und zum  Gewinn neuer Erkenntnisse. 

 

Mittels adaptiver, selbstlernender Algorithmen verfeinern sich die Modelle laufend. Die gebäude- und netzspezifischen Steuermechanismen entwickeln sich selbständig weiter und finden so optimale Ergebnisse. Auf diese Weise können der Betrieb von Gebäuden hinsichtlich CO2-Einsparungen und Kosten optimiert und notwendige Wartungen zeitgerecht oder bedarfsabhängig durchgeführt werden.

 

Durch die effiziente Nutzung der vorhandenen Gebäude- und Netzinfrastruktur können ganze Stadtteile dazu beitragen, die Klimaziele zu erreichen und die Energiewende zu realisieren.

Einzigartige Expertise

Nutzen für unsere Kunden und Partner

Für Siemens steht die Beteiligung an der Forschungsgesellschaft in direktem Zusammenhang mit konkretem, nutzbarem Output. Stets verbunden mit dem Ziel, diesen auch für andere Länder oder Regionen skalierbar und replizierbar zu machen. Zahlreiche Erkenntnisse wurden von Siemens bereits in realen Produkten umgesetzt. Zum Vorteil der Anwender und der Umwelt: Die Lösungen werden Städte und Regionen über Österreich hinaus in die Lage versetzen, ihren Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Wir lernen mit allen Forschungsprojekten laufend mit und wachsen so stetig weiter. Für CO2-Neutralität und saubere Energie – also für uns und unsere Umwelt."
Wolfgang Hesoun, Vorsitzender des Vorstands der Siemens AG Österreich

Beispiele für neu entwickelte bzw. erweiterte Produkte und Lösungen für die Gestaltung effizienterer Energiesysteme

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