Allgegenwärtiges Energiemanagementsystem für Smart Cities und integrierte Parks

1. Übersicht und Kernpositionierung​
Die Kernpositionierung dieses Systems ist: eine umfassende Plattform für die kollaborative Verwaltung und Optimierung mehrerer Energieströme, einschließlich Wasser, Strom, Gas und Wärme. Es geht über die traditionelle Stromüberwachung hinaus, indem es Energie-Datensilos abbaut. Durch Integration, Analyse, Optimierung und Prognose dient es als "Energie-Brain", das eine panoramische Sicht, intelligente Entscheidungsfindung und tiefgehenden Wert für verschiedene Energieverbraucher wie Parks und Städte bietet. Letztendlich zielt es darauf ab, eine sichere, wirtschaftliche, effiziente und grüne umfassende Energieverwendung zu erreichen.

​2. Kerntechnische Architektur​
Um Offenheit, Skalierbarkeit und Zukunftsfähigkeit sicherzustellen, verwendet das System die folgende fortschrittliche technische Architektur:

• ​IoT-Middleware-Architektur: Eine cloudbasierte IoT-Middleware dient als Grundlage und bietet robuste Geräteverwaltung, Protokollanpassung und Datenverwaltungsfähigkeiten. Es unterstützt verschiedene Industriestandards und IoT-Protokolle wie Modbus, OPC UA, DLMS, BACnet und MQTT, was eine nahtlose Integration mit einer Vielzahl von Endgeräten ermöglicht – von Smart Metern (Strom, Wasser, Gas, Wärme) bis hin zu PV-Wechselrichtern, Energiespeicher-Wandler (PCS) und HVAC-Systemen –, um eine einheitliche Erfassung und Aggregation massiver heterogener Energiendaten zu ermöglichen.
• ​Digitaler Zwilling Motor: Ein hochauflösender digitaler Zwillingsmodell des Energiesystems wird mithilfe von Echtzeit- und historischen Daten erstellt. Dieses Modell dient als virtueller Spiegel physischer Entitäten (z.B. Verteilnetze, PV-Arrays, Energiespeichersysteme, Wasserversorgungsleitungen), spiegelt den Betriebsstatus des gesamten Energiesystems in Echtzeit wider. Es bietet einen hochpräzisen digitalen Sandkasten für Simulation, Fehlervorhersage, optimierte Planung und prädiktive Wartung.
• ​Big Data und AI-Analyseplattform: Integrierte Big-Data-Verarbeitung und KI-Algorithmen ermöglichen eine tiefgehende Auswertung und intelligente Analyse von Multi-Energy-Flow-Daten, unterstützen fortgeschrittene Anwendungen wie Lastprognose, Energieeffizienzanalyse, Fehlersuche und Generierung von Optimierungsstrategien.

​3. Kernfunktionen​
​3.1 Optimierung der Mehrfachenergiekomplementarität​

• ​Prognosefunktion: Integrierte KI-Algorithmen, kombiniert mit meteorologischen Daten, ermöglichen eine hochpräzise Kurz- und Ultra-Kurzfristprognose der PV-Erzeugungsausgabe sowie genaue Vorhersagen der regionalen Kühl-, Heiz- und Stromlastbedarfe.
• ​Optimale Planung: Mit Zielen wie Minimierung der Energiekosten, Reduzierung der Kohlenstoffemissionen oder Maximierung der Energieeffizienz formt das System automatisch optimale Strategien für die Lade-/Entladevorgänge des Energiespeichersystems, den Betrieb von kombinierten Kälte-, Wärme- und Kraftwerken (CCHP) und die Planung von Eis-Speichersystemen unter Berücksichtigung der PV-Prognoseausgabe, Echtzeit-Strompreise und Lastbedarf. Dies gewährleistet eine koordinierte Komplementarität und effiziente Nutzung von Wind, Sonne, Speicher und Netzstrom.

​3.2 Energie-Topologieanalyse​

• ​Panoramische Visualisierung: Zeigt den vollständigen Energieflusspfad vom Energieeingang bis zu den Endlasten in Form von Einleitungsdiagrammen und Energieflussdiagrammen, visualisiert den Echtzeitfluss, das Volumen und den Status von Strom, Wasser, Gas und Wärme.
• ​Verlustlokalisation: Identifiziert durch Modellberechnungen und Big-Data-Vergleiche genau Energieverlustpunkte und ungewöhnlichen Verbrauch während des Transports, der Umwandlung und der Verteilung. Es quantifiziert Verlustwerte und bietet direkte Datenunterstützung für Energieeinsparungen und betriebliche Optimierung.

​3.3 Intelligente Abrechnungs- und Steuerungssysteme​

• ​Submetering und Abrechnungserstellung: Führt automatisch Submetering des Energieverbrauchs nach Bereich, Abteilung, Team oder Gerät basierend auf präziser Datenerfassung durch. Es generiert mit einem Klick Energiekostenabrechnungen, die den finanziellen Anforderungen entsprechen, ermöglicht eine differenzierte Energiekostenverwaltung.
• ​Effizienzförderungen und Kohlenstoffbilanzierung: Erstellt automatisch Energieauditberichte und Energieeffizienzbewertungsberichte, die den Regierungsanforderungen entsprechen, sowie Antragsmaterialien für Förderungen im Zusammenhang mit grünen Gebäuden, Energieeinsparungen und Emissionsminderungsprojekten. Das System berechnet auch automatisch Kohlenstoffemissionsdaten, legt den Grundstein für den Kohlenstoffhandel und die Kohlenstoffverwaltung.

​4. Typische Anwendungsszenarien​
​4.1 Park-Level-Integrierte Energiespeicher​
Eignet sich für regionale Energiezentren in Industrieparks, Geschäftsvierteln, Universitäts-Campussen, Flughäfen und Bahnhöfen. Es ermöglicht eine einheitliche Überwachung und kollaborative Optimierung lokaler PV-Systeme, Energiespeicher, Mikro-Gasturbinen, Ladestationen und HVAC-Kühl-/Wärmequellen, reduziert erheblich die Gesamtenergiekosten und verbessert gleichzeitig die Energieautarkie und die Versorgungssicherheit.

​4.2 Smart City Energy Brain​
Als stadtweites "Energie-Operationszentrum" integriert es horizontal Energiendaten aus kommunalen Dienstleistungen, Gebäuden, Verkehr und anderen Sektoren, um den gesamten Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen der Stadt makroskopisch zu überwachen. Durch Simulation und Optimierung stadtweiter Multi-Energy-Flow-Netze bietet es wissenschaftliche Entscheidungsunterstützung für Regierungen bei der Erstellung von Energiepolitiken, der Planung von Energieeinrichtungen und der Einsatzplanung von Notfallressourcen, trägt zur Realisierung von Smart Cities und "Doppeltes Kohlenstoff"-Zielen bei.