Forschungsbericht 2019

Forschungsprojekte der Mitgliedsunternehmen

Forschung und Innovation spielen eine wichtige Rolle bei den Mitgliedsunternehmen von Oesterreichs Energie. Die Palette der Themen umfasst ein breites Spektrum, das bei der Lösung aktueller Fragen beginnt und weit in die Energiezukunft weist.

Forschung in Echsenbach

(c) EVN Raimo Rudi Rumpler

Um die optimale Versorgungssicherheit für unsere Kundinnen und Kunden auch künftig gewährleisten zu können und zugleich den Systemausbau in Richtung erneuerbare Erzeugung sowie die Etab­lierung der E-Mobilität im Einklang mit den globalen Klimazielen proaktiv zu unterstützen, wurde im Forschungsprojekt E-Mobilität Echsenbach ein umfassendes All-Electricity-Szenario getestet. Es wurde unter realistischen Bedingungen, über den Winter, analysiert, wie sich die Einspeisung von PV-Anlagen auf die Netzstabilität bei gleichzeitigem Laden von E-Autos in Haushalten mit Wärmepumpen auswirkt. Begleitend wurde die wissenschaftliche Expertise der TU Wien und des AIT herangezogen, um fundierte Schlüsse aus den gewonnenen Daten zu ziehen und im gemeinsamen Dialog Maßnahmen im Einklang mit der #mission2030 abzuleiten. Das Herzstück stellten die regelmäßigen Treffen mit den Kundinnen und Kunden dar, die am Projekt teilnahmen, wo sie ihre täglichen Erfahrungen mit den erprobten E-Autos dem Projektteam mitteilten. Aus dem Kundenfeedback wurden laufend Maßnahmen für Folgeaktivitäten abgeleitet. Das in Echsenbach erprobte Szenario führte insbesondere für Netz Niederösterreich als Teil der EVN Gruppe wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich des künftig einzuplanenden Netzausbaus im Zuge der voranschreitenden Integration erneuerbarer Erzeugung herbei.

Innovationsplattform Green Energy Lab

Unter dem Dach von Green Energy Lab entwickeln bereits mehr als 150 Partner technologische Lösungen zu einem flexiblen und langfristig vollständig auf erneuerbaren Energien beruhenden System. Die Träger der Innovationsplattform sind die Landesenergieversorger Energie Burgenland, Energie Steiermark, EVN und Wien Energie. So kann Green Energy Lab auf einen Testmarkt mit etwa fünf Mio. Kundinnen und Kunden indirekt zugreifen. Bis zum Jahr 2025 werden 100 Millionen Euro in innovative Projekte investiert. Aktuell begleitet die Forschungsinitiative 16 solcher Projekte: Beyond, Blockchain Grid, Heat Water Storage Pooling, Hybrid DH Demo, Open Data Platform, SecondLife Batteries, Spatial Energy Planning, ThermaFlex (mit sieben Demoprojekten) und Zukunftsquartier 2.0. Innovative Projektideen können jederzeit eingereicht werden. Green Energy Lab unterstützt und begleitet die weitere Projektentwicklung.

Lokale Batteriespeicher

(c) Verbund

Mit zunehmender Ladeleistung für die neueste Generation von Elektrofahrzeugen werden für E-Mobilität-Ladehubs Netz­anschlussleistungen von bis zu ein MW benötigt. Das Projekt SYNERG-E greift die Herausforderungen von Ultra-Schnellladestationen und den technischen Herausforderungen und hohen Systemkosten hinsichtlich Errichtung und Betrieb von Hochleistungs-Ladeinfrastruktur auf. Um das Stromnetz zu entlasten, erneuerbare Energie zu speichern und netzdienliche Services zur Verfügung zu stellen, werden an 10 Ultra-Schnellladestationen in Österreich und Deutschland lokale Pufferspeicher errichtet. Das Projekt wird unter der Leitung von VERBUND mit den Partnern Allego und SMATRICS realisiert. Die Einbeziehung weiterer Infrastrukturanbieter ist in Planung. SYNERG-E dockt am Projekt ultra-E an, beide werden von der „Connecting Europe Facility“ der Europäischen Union kofinanziert.  

SNOWPOWER

Drohnen und Digitalkamera: Eine wirtschaftliche Methode zur Schneedeckenerfassung in hochalpinen Lagen und zur Ermittlung des Abflusspotenzials. Die Schneedecke im Frühjahr leistet einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Füllung der alpinen Speicherseen. In Zeiten der Klimaänderung ist mit großen Unterschieden der Schneelage von Winter zu Winter zu rechnen. Auf einen extrem schneereichen kann ein überdurchschnittlich warmer Winter mit geringen Schneemengen folgen. Für die Modellierung des Schmelzzuflusses ist eine möglichst genaue, flächige Naturerhebung der Schneedecke wesentlich. SNOWPOWER zielt darauf ab, die Eingangsdaten für die Speichereinsatzoptimierung zu verbessern, um so effizienter auf veränderliche Klimagegebenheiten reagieren zu können. VERBUND Trading GmbH und die Verfahren und Umwelt Management GmbH machen sich dabei die Fortschritte der Drohnentechnologie zunutze.

Digitales Wasserkraftwerk – Hydropower 4.0

Die Bandbreite möglicher Digitalisierungstechnologien ist groß und reicht von Plattformlösungen, Anomalie-Detektionsmodellen in Verbindung mit neuartigen Sensorik-Konzepten, mobilen Assistenzsystemen, digitalen Zwillingen, Drohnen bis hin zu innovativen Inspektionstechnologien. VERBUND hat schon 2017 das Innovationsprogramm „Digitales Wasserkraftwerk“ zur Evaluierung der zahlreichen Digitalisierungsmöglichkeiten gestartet. Für aussichtsreiche Technologien wird ein geeignetes Testsystem für das Pilotkraftwerk Rabenstein konzipiert und umgesetzt. Der Fokus liegt dann auf der technischen und wirtschaftlichen Bewertung. Kann ein Mehrwert durch Kosteneinsparung, Effizienzsteigerung oder Sicherheitserhöhung festgestellt werden, wird die Technologie auf weitere Wasser­kraftwerke übertragen.

Hotflex – reversible Hochtemperatur-Elektrolyseanlage

Mit einer Pilotanlage für Hochtemperaturelektro­lyse und Brennstoffzellenbetrieb wird in Mellach der Einsatz von Wasserstoff im Gaskraftwerks­betrieb erforscht. Am Kraftwerksstandort Mellach startet 2019 ein ambitioniertes Forschungsprojekt: In unmittelbarer Nähe zum Gasturbinenkraftwerk wird eine Pilotanlage für Hochtemperaturelektrolyse und für den Brennstoffzellenbetrieb errichtet. In der Forschungsanlage soll einerseits im Betriebsmodus Elektrolyse Strom in Wasserstoff umgewandelt werden. Die Besonderheit der Mellacher Pilotanlage, deren Komponenten bei Sunfire in Dresden gefertigt werden, ist der zweite Betriebsmodus als Brennstoffzelle. Damit wird das Elektrolyse-System reversibel betreibbar. Es ist also in der Lage, mit der gleichen Zelle, im Reformermodus, aus Erdgas Strom und Wärme zu produzieren. Das stellt einen wesent-
lichen Vorteil gegenüber der PEM-Elektrolyse dar.

Unser Eigenstrom

Bisher war die Nutzung von Solarstrom vor allem Einfamilienhäusern vorbehalten. Durch eine Ge­setzesnovelle ist das nun auch für Bewohner von Mehrparteienhäusern möglich. Von der Planung über die Installation, die Verteilung des Solarstroms, die Abrechnung bis hin zur Wartung wird alles von der Energie Graz umgesetzt. Gemeinsam mit den Partnern BEWO und Fleissner + Partner wurden von der Energie Graz bereits zwei Pilotprojekte in Graz umgesetzt. Die Eigenstrom-Pilotanlagen sind seit mehr als ein­em Jahr in Betrieb. Im Durchschnitt konnten die Bewohner rund 40 Prozent ihres Energiebedarfs durch die Photovoltaikanlage abdecken und haben rund 900 kWh Solarstrom direkt von ihrem Dach bezogen. Für das Jahr 2019 sind acht weitere gemeinschaftliche Erzeugungsanlagen in Planung bzw. Umsetzung, mit einer Gesamtleistung von ca. 165 kWp.

IKB-Smart-City-Lab für die urbane Energieversorgung von morgen

Im Rahmen des EU-Projektes SINFONIA hat die IKB ein sektorengekoppeltes Hybridnetz entwickelt. Das Energiesystem wurde dabei gesamtheitlich betrachtet, um Synergieeffekte zu nutzen und den Anteil an erneuerbaren Energien zu erhöhen. Im Rahmen des Smart-City-EU-Projektes SINFONIA setzte die IKB verschiedene innovative Projekte um. Ein Leuchtturmprojekt ist das Smart-City-Lab, wo seit Ende 2018 eine Sektorenkopplung erfolgreich eingesetzt wird. Auf lokaler Ebene wurden in einem Smart District die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr gekoppelt, um eine gesamtheitliche Betrachtung und Optimierung des Energiesystems zu erreichen. In verschiedenen Betriebsgebäuden der IKB wurden insgesamt 600 kWel und 760 kWth installiert. Photovoltaik-Anlagen, ein Biogas-BHKW, eine Power-to-Heat-Anlage, Abwasserwärmepumpen sowie thermische und elektrische Speichereinheiten und E-Ladestationen werden von einem übergeordneten Energiemanagementsystem gesteuert.

PEAKApp – Personal Energy Administration Kiosk Application

PEAKApp ist ein europäisches Leuchtturmprojekt zur Lenkung von Energieverbräuchen im Haushalt und zur sinnvollen Nutzung von Smart Metern. Die App wurde mit zehn Partnern entwickelt, wobei die Energie AG mit 1.600 Haushaltskunden den Feldtest durchführte. PEAKApp ermöglicht den Haushalten, Nachrichten zu empfangen, wann elektrische Energie besonders günstig ist, die genaue Erhebung der Verbrauchsdaten und den Vergleich des eigenen Stromverbrauchs mit dem Verbrauch anderer Community-Mitglieder (Social Metering). Unterstützt wird dies durch ein neu entwickeltes Online-Spiel, das den bewussten Umgang mit Energie im Fokus hat. Ergebnisse des Feldtests zeigen, dass Energiekunden regelmäßig Energieeffizienztools verwenden und dabei Energieeinsparungen zwischen vier und sieben Prozent erreichen. Weiters bietet PEAKApp die Möglichkeit, aktiv mit Kunden zu kommunizieren und eine enge digitale Bindung aufzubauen. PEAKApp erreichte den zweiten Platz beim EU-Nachhaltigkeitsaward.

Integrierte und automatisierte Netzberechnung von Verteilernetzen

Um die Auswirkungen des zunehmend dyna­mischer werdenden Energiesystems – z. B. aufgrund der fluktuierenden Energieerzeugung mittels PV-Anlagen oder der an Bedeutung gewinnenden Rolle der E-Mobilität – bestmöglich im Netzausbau bzw. in die Netzentwicklung einbeziehen zu können, entwickelte die KNG im Rahmen eines internen Projektes eine auf MATLAB basierende neue Netzberechnungs-Applikation. Mit Hilfe dieser Applikation sind Betriebsmittelauslastungen, Spannungsniveaus und Kurzschlussleistungen sowie beliebige Szenarien hinsichtlich Last und Einspeisung in den rund 7.500 Niederspannungsnetzen der KNG vollautomatisiert berechenbar und auswertbar. Somit kann das neue Netzberechnungstool nicht nur für die klassische Anschlussbeurteilung, sondern auch zur Ableitung von Netzentwicklungsmaßnahmen unter Berücksichtigung zukünftiger Last- und Erzeugungs­szenarien eingesetzt werden.

Kapazitätssteigerung durch Unterdruckbetrieb

Zur Erhöhung der Durchflusskapazität im Wasserkraftwerk Opponitz in Niederösterreich durch Unterdruckbetrieb wurden hydraulische Modellversuche durchgeführt und die darin vorgeschlagenen Maßnahmen baulich umgesetzt. Beim Kraftwerk Opponitz wird das Triebwasser über einen hufeisenförmigen Stollen zunächst im Freispiegelabfluss 11 km bis zum Wasserschloss geleitet, wo der Übergang in die Druckleitung zum Krafthaus stattfindet. Im Zuge einer – aufgrund herausfordernder Geologie  notwendigen – Sanierung wurden in den unteren 2,3 km des Freispiegelstollens unmittelbar vor dem Wasserschloss Rohre aus glasfaser­verstärktem Kunststoff (GFK) eingeschoben, die mit einem Übergangskonus an den oberwasserseitigen Stollen angeschlossen wurden. Der maximale Abfluss im Freispiegelabfluss im GFK-Bereich betrug ursprünglich ca. elf m³/s und sollte im Zuge der Sanierungsarbeiten durch Herstellen eines Unterdruckbetriebes auf ca. 13 m³/s erhöht werden.

Geschäftsmodelle für frischen Wind in Neusiedl

Das Projekt „Hybrid DH DEMO“, welches vom Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen von Smart Cities Demo 2018 durchgeführt wird, zielt darauf ab, verschiedene Geschäftsmodelle im Zusammenhang mit dem Energieträger Wind für ein hybrides Fernwärmesystem am Standort Neusiedl am See zu entwickeln und in der Praxis zu erproben. Dabei steht der Open-Innovation-Ansatz im Vordergrund. Im Zentrum des Vorhabens steht der energetische Knotenpunkt von Neusiedl,
bei dem die Fernwärmezentrale, das Erdgas- und das öffentliche Stromnetz zusammenlaufen und der durch diese Sektorkopplung zum „Energy-Hub“ ausgebaut werden soll. Geplant sind die Errichtung einer Rauchgaskondensationswärmepumpe (1 MWth), einer Luftwärmepumpe (1 MWth), eine Erweiterung des Pufferspeichers (auf 300 m³), ein Batteriespeicher (700 kWh) sowie eine Direktleitung zwischen dem Windpark und der Wärmezentrale.

Projekt „Prendt“: Netzstabilisierung im Niederspannungsbereich

Die Stromnetz-Stabilisierung bei laufendem Ausbau von PV- und Wind-Strom ist eine der Herausforderungen der (Energie-)Zukunft. Im Niederspannungsbereich könnten netzdienliche Batteriespeicher künf­tige Problemlöser sein. Das Projekt „Prendt“ tritt an, dies zu prüfen. Die Stromnetze haben viel zu geben (zum Beispiel sichern sie Lebens- und Standortqualität) und müssen hart im Nehmen sein (Stichworte Energiewende, zunehmende Elektrifizierung des Alltags und der Mobilität …). Dementsprechend ist die Stromnetz-Stabilisierung eines der großen Zukunftsthemen. Beim Forschungsprojekt Prendt soll dabei die Stabilisierung der Spannung im Niederspannungsnetz untersucht werden. Seit September 2019 setzt die LINZ NETZ GmbH (= eine LINZ AG-Tochter) in der Feldtestregion Prendt (Region Freistadt) einen innovativen netzdienlichen Batteriespeicher mit 140 kWh Speicherkapazität und 80 kW Leistung ein. Wenn viele PV-Anlagen ins Netz einspeisen, wird die Spannung angehoben. Durch den Batteriespeicher im Lademodus soll diese wieder gesenkt werden. Im Gegenzug soll der Speicher im Entlademodus die Spannung bei hohem Bezug aus dem Netz anheben.

ABS fürs Stromnetz – „ABS4TSO“

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes setzt sich die Austrian Power Grid AG (APG) gemeinsam mit Projektpartnern (AIT, TU Wien und VERBUND) mit innovativen Fragestellungen zur Stabilisierung des Stromsystems sowie zur Systemsicherheit und Integration von erneuerbaren Energieträgern auseinander. Im Zentrum steht ein 1-MW/500-kWh-Lithium-Ionen-Batteriespeichersystem als Versuchsanlage. Mit dem Forschungsprojekt ABS4TSO werden nun Möglichkeiten untersucht, wie mit Hilfe eines innovativen Batteriespeichersystems sehr kurzfristig auf Frequenzabweichungen reagiert werden kann. Die Untersuchungen betreffen den hochdynamischen Bereich und erfordern Reaktionszeiten von Sekunden bis zu wenigen Millisekunden! Dafür werden intelligente Funktionen entwickelt und direkt am Wechselrichter des Speichersystems implementiert. Ähnlich wie ein Anti-Blockier-System (ABS) in modernen Kraftfahrzeugen wird hier also gleichsam ein
„ABS fürs Stromnetz“ entwickelt.

Hybrid Grids DEMO

Gegenstand des Projektes „Hybrid Grids DEMO“  ist die Entwicklung und der Living-Lab-Testbetrieb einer passiven, energieträger- und -netzübergreifenden Verteilnetzbetriebsführung über einen besonders multiplizierbaren Lösungsansatz, um das Energieversorgungssystem so zu flexibilisieren, dass die Stadt als Energieschwamm das Energiedargebot im Stadtgebiet und im Umland optimal aufnehmen und abgeben kann. Die Energieflüsse (Strom, Wärme und Kälte) sollen netz- und energieträgerübergreifend sowie in Echtzeit optimiert werden. Im Mittelpunkt steht ein neuer technischer Ansatz über einen zentralen Optimierer, der dezentrale Akteure (Erzeuger und Verbraucher) mit Empfehlungen versorgt. Die dezentralen Akteure bekommen auch ein wirtschaftliches Anreizsignal und können manuell oder automatisiert entscheiden, ob sie Empfehlung bzw. Anreiz annehmen oder nicht. Somit erfolgt kein aktiver, sondern ein passiver Eingriff in die sensible Netzregelung.

FIDET - Fischdetektion an großen Flusskraftwerken

Im Forschungsprojekt FIDET wurden Echolote und Sonare im Bereich des KW Kirchbichl am Tiroler
Inn (Einzugsgebiet 9.310 km², MQ = 293 m³/s) eingesetzt, um Fische im Oberwasser zu detek­tieren und deren Verhalten am Rechen auf Individuen-Niveau abzubilden. Bei der Diskussion rund um Fischschutz und -abstieg sind drei wesentliche Aspekte zu berücksichtigen: Die Einzugsgebiete von Rhein und Donau unterscheiden sich mit Blick auf die Zielartenkulisse wesentlich (Atlantischer Lachs und Europäischer Aal im Rheineinzugsgebiet). Zudem ist die biozönotische Region (rhithral versus potamal) zu betrachten, da sich alpine Gewässer hinsichtlich der Fischarten deutlich von Tieflandgewässern unterscheiden. Aufgrund verschiedener Anlagenkonzepte (Anlagentyp und -größe) können Maßnahmen nicht 1 : 1 übertragen werden und machen Einzelfallprüfungen erforderlich. Das Projekt FIDET wurde durch die TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG initiiert, um Wissenslücken zu schließen und Arbeits­hypothesen zu überprüfen.


Zusammenfassung:
www.mdpi.com/2076-3417/8/10/1723

Blockchain Grid

Im Projekt „Blockchain Grid“ werden Energiekonzepte entwickelt, die den für Netzbetreiber neuen Herausforderungen durch den zunehmenden lokalen Verbrauch Rechnung tragen: Zur Realisierung der Energy Community mit aktiver BürgerInnenbeteiligung werden unter Anwendung einer verteilten Blockchain-Technologie Konzepte realisiert, die zudem einen hohen Grad an Automation ermöglichen. Die Projektziele umfassen die Entwicklung einer Blockchain-basierten Plattform, die es Prosumern ermöglicht, freie Ressourcen für die Bereitstellung von Flexibilität (Überschusserzeugung oder Aktivierung von Lasten) zu teilen, den Betrieb unter Realbedingungen im Testnetz Heimschuh mit ca. 200 passiven und 15 aktiven TeilnehmerInnen sowie ein Proof-of-Concept der Blockchain für Energie-, Speicher- und Netzmanagement mit der Steuerung von Flexibilitäten.

CE4T - Steigerung der Energieeffizienz im Wintertourismus

Mit „Clean Energy for Tourism“ sollen Lösungen für die Herausforderungen der Energieversorgung und des Energienetzes im österreichischen Wintertourismus gefunden werden. Im Rahmen des Projektes CE4T werden Skigebiete in Salzburg mit modernster Energiesteuerungstechnik ausgestattet. Die Hauptaufgabe des Projektes „Clean Energy for Tourism“ (CE4T) wird die Entwicklung von Optimierungsalgorithmen und Werkzeugen sein, welche die geforderte Flexibilität aufzeigen, ausschöpfen und eine systemweite Optimierung ermöglichen. Ziel ist das Steuern und Optimieren der Energieflexibilitäten innerhalb der Skigebiete. Die überschüssige Energie kann entweder lokal in anderen Sparten wie Hotels und Thermen genützt oder in Speicherkraftwerken der Salzburg AG gespeichert werden. Für die Salzburg AG stellt CE4T ein Leuchtturmprojekt für die Umsetzung der Energiewende im Einklang mit der Digitalisierung dar. Das Projekt wird im Rahmen des Innovationsverbundes New Energy for Industry (NEFI) durchgeführt.

Zentrum für sichere Energieinformatik (ZSE)

Die Salzburg AG und die Salzburg Netz GmbH können bereits auf eine langjährige Zusammenarbeit mit der FH Salzburg im Gebiet der Digitalisierung zukünftiger Energiesysteme, deren Absicherung gegen externe Angreifer und Datenmissbrauch verweisen. Diese erfolgreiche Kooperation wird nun im Rahmen des „Zentrums für sichere Energieinformatik“ gemeinsam mit weiteren Partnern sowie dem Land Salzburg als Fördergeber fortgeführt. Zielsetzung ist hierbei, eine praxisnahe Forschung zu aktuellen Themengebieten wie „privacy-enhancing technologies“ (PETs), „Block Chain“, „data analytics“ und „security by design“ zu realisieren. Für die Salzburg AG und Salzburg Netz GmbH bedeutet dies, dass ihre Kundinnen und Kunden den größtmöglichen Nutzen aus ihren Daten gewinnen und gleichzeitig Daten­sicherheit sowie Privatsphäre sichergestellt wird.

Open Innovation als wichtiger Baustein

Die Kelag setzt bereits seit einigen Jahren verstärkt auf Open-Innovation-Initiativen, um mit gemeinschaftlichen Entwicklungen und externen Impulsen die Innovationskraft zu stärken. Einen vorläufiger Höhepunkt dieser Aktivitäten bildete im Jahr 2018 ein Start-up-Wettbewerb, die Kelag-GreenUps-Challenge. Aus den fast 100 Einreichungen aus sechs Nationen wurden in mehreren internen Auswahlrunden die Top zehn Start-ups ausgewählt, welche am Hauptevent in Klagenfurt teilnahmen. Aus dem Wettbewerb gingen zwei Kooperationen mit Jungunternehmen in den Berei­chen Prozessoptimierung und Marketing/Vertrieb hervor.

Die Stadtwerke-Welt der Dinge

Die Wiener Stadtwerke starteten 2018 ein konzern­weites Programm zum Thema „Internet of Things“ (IoT). Dabei werden unterschiedliche Pilotprojekte (Use-Cases) gemeinsam mit den Konzernunternehmen umgesetzt und die Technologie erforscht. Zudem werden wichtige Fragen der Funktionalität der Sensoren, der Datenübertragung und Schnittstellen, der IT-Sicherheit und der Zusammenarbeit behandelt. Seit Mitte 2019 steht eine gemeinsame Plattform bereit. Im gesamten Konzern gibt es vielfältige Einsatzgebiete, sei es im Gleisnetz, bei Kraftwerken, Trafostationen oder Parkgaragen. Eine der Pilotanwendungen findet bei den Wiener Linien statt, wo Schmieranlagen – die zur Reduktion von Lärm und Abnutzung von Rad und Gleis bei Weichen und Bögen eingesetzt werden – mittels Sensorik „intelligent“ gemacht werden. Durch Automatisierung und den Einsatz moderner Sensorik sollen Kosten und Ressourcen optimiert und neue Geschäftsmodelle entwickelt werden. Langfristiges Ziel ist die digitale Abbildung der Infrastruktur des Konzerns, als Basis und Backbone der Smart City Wien.