Sektorenkopplung mit KI-Support Digitaler Zwilling steuert das Wärmenetz einer Landgemeinde

Seit acht Monaten versorgt eine Großwärmepumpe das Wärmenetz der Gemeinde Mertingen. Auch der benötigte Strom wird erneuerbar erzeugt – in einem benachbarten Solarpark. Für die Wirtschaftlichkeit des Betriebs sorgt seit zwei Monaten eine intelligente Wärmenetzsteuerung, die zur Entlastung des Stromnetzes beiträgt.

Macht die zentrale Versorgung von Wohn- und Betriebsgebäuden mit Fernwärme aus erneuerbaren Quellen nur in Großstädten Sinn? Oder ist eine regenerative Art der kommunalen Wärmeversorgung auch in ländlicher Umgebung möglich? Kann ein solches Modell zu einer Lösung führen, die ohne dauerhafte Subventionen aus kommunalen oder Landes-Geldern durchführbar und bezahlbar ist?

Dass genau das beim Einsatz modernster Technik und ausgeklügelter digitaler Steuerung möglich ist, demonstriert derzeit die Gemeinde Mertingen im bayerischen Donau-Ries. Im November 2023 hatte dort eine große Luft-Wärmepumpe den Betrieb aufgenommen, die seither die Kapazität der Betreibergesellschaft ProTherm erheblich erweitert. Dieses  Joint Venture hat die Gemeinde 2017 mit dem Sektorkopplungs-Spezialisten GP Joule gegründet, der 2022 für sein Wasserstoffprojekt eFarm mit dem Deutschen Mobilitätspreis ausgezeichnet wurde.

Örtliches Wärmenetz: Vom Biogas zur Luft-Wärmepumpe

Das ursprünglich 14 Kilometer lange Mertinger Biowärmenetz war schon 2017 in den „voll-erneuerbaren“ Betrieb gegangen – versorgt aus der Abwärme zweier Biogas-Produzenten und einer Hackgut-Anlage. Den Großteil des Stroms, der nun für die die Arbeit der Wärmepumpe erforderlich ist, steuert – ebenfalls karbonfrei – ein Freiflächen-PV-Park bei, der direkt neben der Wärmepumpe liegt. Deren thermische Leistung von bis zu 900 Kilowatt führt zu einer Vorlauftemperatur von 80 Grad – genug, um auch in den angeschlossenen Bestandsbauten für ausreichend Wärme zu sorgen.

Nun ist ein weiterer Meilenstein hinzugekommen: Eine intelligente Wärmenetzsteuerung unter Einsatz einer Künstlichen Intelligenz (KI) wurde erlaubt es, das Wärmenetz noch ökonomischer zu betreiben - und gleichzeitig das Stromnetz zu entlasten. Die KI prognostiziert den Wärmebedarf und den Stromertrag aus dem angrenzenden PV-Park und gibt den Fahrplan für die Wärmepumpe die Betriebsweise des Wärmenetzes vor: Wieviel Wärme wird gerade produziert und direkt ins Wärmenetz gespeist? Wieviel Wärme wird gespeichert? Welcher Bedarf muss in den kommenden Stunden und Tagen gedeckt werden?

Ihr Weg zur eigenen Solaranlage – Projektmanagement für KMU in sieben Schritten

Gemeinsam mit uns zu Ihrer individuellen Gesamtanlagenstrategie

Viele kleine und mittlere Unternehmen denken über die Nutzung von Solarstrom zur Deckung ihres Energiebedarfs nach. Doch wie gelingt diese Transformation? Beantwortet wird diese Frage vom r.energy Summit 2024 in Würzburg. Die Veranstaltung mit begleitender Fachausstellung wendet sich an Entscheider für Investitionsprojekte, Leiter in der Energie-, Betriebs- und Gebäudetechnik, sowie Energie- und Umweltbeauftragte oder Logistikplaner.
 

Jetzt mehr erfahren und anmelden!

Digital Twin und KI erhöhen die Wirtschaftlichkeit

Die Technik, die dahintersteckt, ist ein „Digital Twin“ – ein digitaler Zwilling, der das reale Wärmenetz nahezu identisch digital widerspiegelt. Ein Machine Learning-Algorithmus lernt fortlaufend aus den eingehenden Daten und verbessert so stetig die Prognoseergebnisse. Hinzu kommt ein „Optimizer“, der alle zukünftig möglichen Szenarien berechnet und dafür die jeweils wirtschaftlichsten und gleichzeitig nachhaltigsten Optionen auswählt.

Seit die KI im Mai 2024 dazu geschaltet wurde, hat sie schon eine ganze Menge gelernt. „Wir sind sehr zufrieden, Prognose und der wirklich eigetretene Ist-Zustand nähern sich immer weiter an“, sagt Matthias Stark. Als Leiter Anlagentechnik, Betriebsführung und Service bei GP JOULE hat er zusammen mit seinem Team die KI entwickelt. 

Und diese Lernfähigkeit ist auch notwendig: Die stark wetterabhängige Solarstromerzeugung mit ihren enormen Spitzen an sonnigen Tagen bringt das Netz mitunter an seine Grenzen. Bei vielen Erneuerbare Energien-Anlagen hat das häufige Abschaltungen zur Folge. Genau  solche Erzeugungsverluste verhindern intelligente Abnehmer wie die Großwärmepumpe in Mertingen: Sie können dann Strom abnehmen, wenn gerade besonders viel zur Verfügung steht.

 „Mit dieser Technik leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Entlastung des Stromnetzes”, erklärt Heinrich Gärtner, der Mitgründer und CTO von GPJoule. In Mertingen passiert das in Form von Wärme. „Das ist eine effektive Methode, um kostengünstig große Energiemengen für eine spätere Nutzung einzuspeichern. Und genau das wird mit zunehmendem Ausbau der Erneuerbaren immer wichtiger.“

Ladeinfrastruktur: GP Joule erweitert Produktportfolio