Betriebsführungsstrategien für Strom-Wärmesysteme: Eine Vergleichsstudie zwischen "Modellprädiktiver Regelung" und regelbasiertem Verfahren

Abstract

Die Energiewende erhöht die Nutzung der erneuerbaren Energie, wodurch die Anpassung der elektrischen Lasten an die Erzeugersituation immer wichtiger wird. Hinzu kommt die dezentrale Nutzung der Energiequellen, die Transportverluste verringert. In dieser Arbeit wird das Lastmanagement eines Strom-Wärmesystems mit drei verschiedenen Betriebsführungsstrategien analysiert. Betrachtet wird ein Einfamilienhaus mit Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Warmwasserspeicher. Ziel der Betriebsführungsstrategien ist die Minimierung der Spitzenlasten am Netzanschlusspunkt (NAP). Die zwei wichtigen Strategien, die analysiert werden, sind die netzgeführte „Modellprädiktive Regelung“ (MPC) und das regelbasierte Verfahren (RBC). Hinzu kommt der wärmegeführte MPC, der als „Worst-Case-Szenario“ dient. Verglichen werden die MPCs bei perfekten Vorhersagen mit dem RBC über verschiedene Kenngrößen wie die Autarkie, die Spitzenlasten und die mittlere Temperaturabweichung. Der netzgeführte MPC minimiert die Spitzenlasten am besten, gefolgt von dem RBC und dem wärmegeführten MPC. Durch die Implementierung eines variierbaren Fehlers in den Prognosen wird ein weiterer Vergleich zwischen dem RBC und dem netzgeführten MPC durchgeführt, bei dem die Auswirkungen der einzelnen Störgrößen analysiert werden. Bei fehlerhaften Prognosen hat die PV-Leistung den größten Einfluss auf die Kenngrößen und erzeugt eine negative Spitzenlast im MPC, die größer ist als beim RBC.