Zelluläre Architektur und Digitalisierung

Zelluläre Architektur und Digitalisierung

Inhaltsverzeichnis

  1. Hin­ter­grund und Moti­va­ti­on einer C/sells-Arbeits­grup­pe zum regu­la­to­ri­schen Rahmen
  2. Stan­dar­di­sie­rung beschleu­nigt Inno­va­ti­on und schafft Massenfähigkeit
  3. Glos­sar mit Begriffs­sys­tem zum zel­lu­lä­ren Ener­gie­sys­tem als Grund­la­ge von Betei­li­gung und Autonomie
  4. Zel­lu­lä­re Archi­tek­tur und Digitalisierung
  5. Use Case Methodik
  6. Schutz­me­tho­dik — Schutz­be­dürf­nis­se im Energiesystem
  7. Fle­xi­bi­li­täts­be­griff — Fle­xi­bi­li­täts­kon­zep­te — Flexibilitätsmodell
  8. Zusam­men­fas­sung der Ergeb­nis­se des Pro­jek­tes C/sells zu gemein­sa­men tech­ni­schen Regeln, Nor­men und Standards

Zelluläre Architektur und Digitalisierung als Basis autonomer Gestaltung im Verbundsystem

Pla­nung von Ener­gie­zel­len im Ver­bund — Her­aus­for­de­run­gen / Archi­tek­tur / Kom­po­nen­ten / Musterlösungen 
Zel­lu­lä­re Archi­tek­tur und Digi­ta­li­sie­rung — Quel­le: Kieß­ling, A. et al. (06/2020)

 

Chancen zum Gedeihen durch Innovation und Inspiration

Der beschleu­nig­te Über­gang zum nach­hal­ti­gen Wachs­tum in allen Län­dern der Erde ist alter­na­tiv­los. Ansons­ten droht der Kol­laps der moder­nen Indus­trie­ge­sell­schaft und damit ein Rück­fall in dunk­le Zei­ten der Zivi­li­sa­ti­on. Gleich­zei­tig ist die psy­cho­lo­gi­sche Tat­sa­che zu berück­sich­ti­gen, dass Men­schen vor star­ken Ver­än­de­run­gen Angst ver­spü­ren. Vor­ran­gig möch­ten sie, dass bekann­te Lebens­um­stän­de erhal­ten blei­ben und kein Ver­lust ent­steht. Sie glau­ben nicht so leicht den Ver­spre­chun­gen neu­er Mög­lich­kei­ten. Die Akzep­tanz für Ver­än­de­rungs­pro­zes­se benö­tigt damit einen inten­si­ven Pro­zess der Ein­be­zie­hung aller Men­schen in die Dis­kus­si­on neu­er Wege und Chan­cen. Die­se Chan­cen erge­ben sich dabei oft aus der Fokus­sie­rung auf per­sön­li­che, loka­le und regio­na­le Lebens­um­stän­de. Hier sind Mög­lich­kei­ten oft leich­ter ver­ständ­lich zu machen. Es gilt die Chan­cen zum Wachs­tum oder bes­ser aus­ge­drückt zum Gedei­hen durch Inspi­ra­ti­on und Inno­va­ti­on zu suchen.

Handlungsmotivation für den Wandel zum nachhaltigen Wachstum

Mit der Zunah­me dezen­tra­ler Erzeu­gung reif­te auch zuneh­mend die Erkennt­nis, dass glo­ba­les und gleich­zei­tig loka­les Den­ken kei­nen Wider­spruch bil­det. Die EU hat die­se Her­aus­for­de­run­gen erkannt und stellt den Nut­zen für den Bür­ger in den Mit­tel­punkt aller Anstren­gun­gen. Hier­zu for­dert die EU-Kom­mis­si­on mit der Richt­li­nie 2018 zu Erneu­er­ba­ren Ener­gien im soge­nann­ten Win­ter­pa­ket Maß­nah­men zur Beför­de­rung von Eigen­ver­sor­gungs­lö­sun­gen, Eigen­ver­sor­gungs­ge­mein­schaf­ten im pri­va­ten Raum aber auch Ener­gie­ge­mein­schaf­ten im öffent­li­chen Bereich. Der Pro­sument, der im Rah­men sei­ner eige­nen Gestal­tungs­mög­lich­kei­ten Ener­gie in ver­schie­de­nen For­men gewinnt, spei­chert und nutzt, soll gestärkt werden.

Die beschrie­be­nen Grün­de sowie die Her­aus­for­de­rung zur Beherr­schung wach­sen­der Kom­ple­xi­tät im vola­ti­len, dezen­tra­len, erneu­er­ba­ren Ener­gie­sys­tem haben im SIN­TEG-Schau­fens­ter C/sells zur Ent­schei­dung für eine zel­lu­lä­re Archi­tek­tur des Gesamt­sys­tems geführt. Damit erge­ben sich aber auch neue pla­ne­ri­sche Auf­ga­ben. Ener­gie wird nicht mehr aus­schließ­lich über gro­ße Kraft­wer­ke bereit­ge­stellt, son­dern Ener­gie­kreis­läu­fe sind sub­si­di­är in Gebäu­den, Stadt­quar­tie­ren auf Area­len und in Regio­nen zu pla­nen. Ver­wal­tun­gen erhal­ten mit der Auf­stel­lung von Ener­gie­kon­zep­ten neue Her­aus­for­de­run­gen. Gebäu­de- und Land­schafts­ar­chi­tek­ten haben die Auf­ga­be, Gebäu­de- und Land­schafts­de­sign mit der Spe­zi­fi­ka­ti­on von Ener­gie­kreis­läu­fen sowie von dazu not­wen­di­gen Digi­ta­li­sie­rungs­maß­nah­men zu ver­bin­den. Aber auch die Ein­bet­tung in die umge­ben­de Infra­struk­tur ist zu pla­nen, um die Wider­stands­fä­hig­keit der eige­nen Lösung gegen digi­ta­le Angrif­fe einer ver­netz­ten Welt und im Kata­stro­phen­fall zu erhöhen.

Zel­lu­lä­re Archi­tek­tur und Digi­ta­li­sie­rung füh­ren zu den pla­ne­ri­schen Bereichen

  • auto­no­me Ener­gie- und Lebens­wel­ten (SMARTES ENERGIESYSTEM) mit hohem Frei­raum gesell­schaft­li­cher und indi­vi­du­el­ler Gestal­tung von Gebäu­den, Land­schaf­ten und Mobilität
  • ver­bin­den­de Infra­struk­tu­ren (SMART GRIDS) als gemein­sa­me gesell­schaft­li­che Basis zur Ver­net­zung von auto­no­men als auch ver­bun­de­nen Ener­gie- und Lebenswelten

Dabei ist des erfor­der­lich, zur Beschrei­bung des zel­lu­lä­ren Ener­gie­sys­tems in Abhän­gig­keit von der kon­kre­ten Umge­bung Pla­nungs­pro­zes­se für ver­schie­de­ne Gestal­tungs­ebe­nen zu ent­wi­ckeln und die dar­aus resul­tie­ren­den Umset­zun­gen zu demonstrieren.

Planung von Energiezellen in Gebäuden, Stadtquartieren, auf Arealen, in Städten und ländlichen Regionen

Die Spe­zi­fi­ka­ti­on des Ener­gie­sys­tems in einer rea­len Umge­bung erfolgt dabei aus ver­schie­de­nen Blick­win­keln, die jeweils eine inne­re und äuße­re Sicht beinhalten.

Aus­gangs­punkt ist in der Regel der Blick auf das eige­ne Objekt mit dem Ziel der Kon­zi­pie­rung eines Ener­gie­sys­tems mit eige­nen Erzeu­gungs- und Spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten in Ver­bin­dung mit einem Ener­gie­ma­nage­ment­sys­tem. Die Ziel­stel­lung besteht in der Erhö­hung des Auto­no­mie­gra­des in Wohn­ge­bäu­den, im gewerb­li­chen und öffent­li­chen Objek­ten, auf Indus­trie­area­len, aber auch in Städ­ten und länd­li­chen Regio­nen, um wirt­schaft­li­che Vor­tei­le zu erzie­len, Eigen­ge­stal­tung zu über­neh­men, aber auch einen höhe­ren Grad an Ver­sor­gungs­si­cher­heit im Fal­le von exter­nen Strom­aus­fäl­len zu erreichen.

Gleich­zei­tig wird Ver­sor­gungs­si­cher­heit durch den Ver­bund gewähr­leis­tet. Ener­gie­ge­mein­schaf­ten sind also Mit­tel zum Aus­bau Erneu­er­ba­rer Ener­gien, zur Erhö­hung von Wirt­schaft­lich­keit und zur Soli­da­ri­tät in der Gemein­schaft. Dies kann wie­der­um auf ver­schie­de­nen Ebe­nen loka­len, regio­na­len, natio­na­len und glo­ba­len Han­delns geschehen.

Mit die­sen Ansät­zen ver­bin­den sich loka­les und glo­ba­les Han­deln auf ver­schie­de­nen Wir­kungs­ebe­nen. Zur Abgren­zung zwi­schen eige­ner Hand­lungs­ho­heit und der Umge­bung ist jeweils eines Sys­tem­gren­ze sowie das Wir­ken über die­se Gren­ze zu defi­nie­ren. Als Abbil­dungs­mit­tel für den eige­nen Wir­kungs­be­reich in Abgren­zung zur Umge­bung wur­de der Begriff Zel­le benutzt. Das ver­ti­ka­le Zusam­men­wir­ken der Zel­len visua­li­siert nach­fol­gen­de Abbil­dung beispielhaft.

Zelluläre Architektur und Digitalisierung

Zel­len wer­den gestal­tet im Rah­men pri­va­ter oder poli­ti­scher Struk­tu­ren als

  • Ein­zel­ge­bäu­de (Wohn­häu­ser und kom­mer­zi­el­le Gebäude),
  • Stadt­quar­tie­re,
  • Area­le der Indus­trie oder auch öffent­li­che Flä­chen wie Flughäfen,
  • länd­li­che Regionen.

Die Spe­zi­fi­ka­ti­on von Ener­gie­sys­te­men lässt sich eben­so an vor­han­de­nen Struk­tu­ren der Strom­net­ze pla­nen, wie zum Bei­spiel in

  • Ver­teil­netz­be­rei­chen,
  • Ver­teil­net­zen,
  • Regio­nal­net­zen,
  • Regel­zo­nen der Übertragungsnetzbetreiber.

Schluss­end­lich wir­ken in all die­sen phy­si­ka­lisch abgrenz­ba­ren Zel­len vir­tu­el­le, also nicht räum­lich defi­nier­te Markt­struk­tu­ren, z.B. als Bilanz­krei­se, vir­tu­el­le Kraft­wer­ke oder Energiegemeinschaften.

Generischer Bauplan für Energiezellen und ihren Verbund

Um bei die­ser Viel­falt der Gestal­tungs­mög­lich­kei­ten im jewei­li­gen Umfeld der Inter­es­sen­trä­ger die zuge­hö­ri­gen Zie­le zu errei­chen, ist das jeweils benö­tig­te, kon­kre­te Sys­tem in einem Pla­nungs­pro­zess als Ener­gie­zel­le sowie die zuge­hö­ri­gen Anwen­dungs­fäl­le der Akteu­re im Rah­men einer ver­ein­bar­ten Metho­dik zu beschreiben.

Hier­für wur­den im Pro­jekt C/sells ins­be­son­de­re zu den Aspek­ten zel­lu­lä­re Archi­tek­tur und Digi­ta­li­sie­rung Archi­tek­tur­mo­del­le und Kom­po­nen­ten­schich­ten definiert.

Bei wei­te­rem Inter­es­se steht das im Rah­men der C/sells-Arbeits­pa­ke­tes zur Stan­dar­di­sie­rung und tech­ni­schen Regeln erstell­te Ergeb­nis­do­ku­ment als Down­load zur Verfügung.

Quel­leKieß­ling, A. et al. (06/2020): Grund­la­gen der Mas­sen­fä­hig­keit. Metho­den und Model­le für Ter­mi­no­lo­gie, Use Case-und Sicher­heits­ana­ly­se sowie Fle­xi­bi­li­täts­mo­del­lie­rung. Inter­ope­ra­bi­li­tät durch ver­ein­bar­te Regeln, Stan­dards und Nor­men. Pla­nung von Ener­gie­zel­len und Ver­bund – Her­aus­for­de­run­gen / Archi­tek­tur / Kom­po­nen­ten / Musterlösungen.

Lei­men, den 16. März 2021

Andre­as Kieß­ling, ener­gy design

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