Regelung sektorgekoppelter Energiesysteme unter besonderer Berücksichtigung thermischer Energiespeicher

Photovoltaik ist bereits heute eine kosteneffiziente und CO₂-arme Form der Energieerzeugung. Es ist daher erstrebenswert, einen möglichst großen Anteil des Energieverbrauchs durch Photovoltaik zu decken. Allerdings unterliegt die Leistung photovoltaischer Anlagen tageszeitlichen und saisonalen Schwankungen. Die zukünftige Energielandschaft wird daher geprägt sein von Phasen nahezu unbegrenzter Verfügbarkeit elektrischer Leistung und Zeiten, in denen Strom als knappes Gut effizient eingesetzt werden muss. Um diese Schwankungen auszugleichen, sind großskalige Energiespeicher sinnvoll.

Ein wesentlicher Energieverbraucher ist die Gebäudeheizung. Aktuell werden hier vorwiegend fossile Energieträger genutzt, was technologische und gesellschaftliche Herausforderungen mit sich bringt. Neubauten erreichen dank moderner Isolationsmaterialien eine niedrige Energieverbrauchsbilanz. In Altbauten bleibt die energetische Sanierung jedoch oft prohibitiv aufwendig. Klimafreundliche Heizlösungen ohne umfassende bauliche Eingriffe sind daher dringend erforderlich.

Thermische Speicher auf Wasserbasis bieten großes Potenzial. Sie zeichnen sich durch niedrige Kosten, gute Klimabilanz, geringe Verluste und hohe Kapazitäten aus. Ihr Nachteil besteht darin, dass gespeicherte thermische Energie nicht mehr effizient umgewandelt werden kann. Während kleine Speicher für den Ausgleich kurzzeitiger Leistungsschwankungen verbreitet sind, existieren größere saisonale Speicher bisher kaum. Solche saisonalen Speicher könnten jedoch in Quartieren neu errichtet und über Wärmenetze an Gebäude angeschlossen werden.

Ein effizienter Betrieb thermischer Speicher erfordert intelligente Regler, die den Energiefluss optimieren. Diese bestimmen, wann und wo welche Energie erzeugt, genutzt, transportiert oder gespeichert werden soll. Neben thermischer und elektrischer Energie können auch Gas, Wasserstoff oder andere Energieträger einbezogen werden. Die unterschiedlichen Volatilitäten von Erzeugern und Verbrauchern erhöhen die Komplexität des sektorengekoppelten, zeitvarianten Verteilungsproblems, welches durch den Regler gelöst wird.

Bei Interesse an Forschungskollaborationen, Abschlussarbeiten, Forschungspraktika oder HiWi-Tätigkeiten bitte jederzeit melden. Neben den offenen Ausschreibungen gibt es immer weitere spannende und aktuelle Themen.

• Betreuung der Vorlesung Signale und Systeme (SuS)
• Labor Regelungstechnik (LR)