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Campus-Mikronetz

Dezentrale Energieversorgungsstrukturen an universitären Liegenschaften erfordern die koordinierte Einbindung erneuerbarer Erzeuger und Speichertechnologien zur Gewährleistung von Versorgungssicherheit und Netzstabilität. Durch den Einsatz intelligenter Energiemanagementsysteme und optimierter Steuerungsalgorithmen lassen sich Lastspitzen glätten, Betriebskosten senken sowie Treibhausgasemissionen signifikant reduzieren. Die Untersuchung systematisiert techno-ökonomische Dimensionierungsansätze und zeigt resiliente Transformationspfade für netzgekoppelte sowie inselbetriebsfähige Arealnetze auf.

Objekt und Gegenstand

Dezentrale Energieversorgungssysteme und Arealnetze — Techno-ökonomische Dimensionierung und dynamische Betriebsführung von Campus-Mikronetzen

Wissenschaftliche Neuheit

Ganzheitliche Verknüpfung von Multi-Mikronetz-Optimierungsstrategien mit standortspezifischen Demand-Response-Mustern für Bildungs- und Forschungscampusse.

Dokumentenvorschau

Dies ist eine kurze Vorschau. Die Vollversion enthält erweiterten Text für alle Abschnitte, ein Fazit und ein formatiertes Literaturverzeichnis.

Bachelorarbeit

DegreeType
Campus-Mikronetz

Vorgelegt von:

Group

Vorname Nachname

Betreuer/in:

Prof. Dr. Vorname Nachname

Stadt, 2026

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis
Einleitung
1. Grundlagen und Systemarchitektur dezentraler Campus-Mikronetze
1.1 Definition, Topologien und Betriebsmodi im universitären Arealnetz
1.2 Integration erneuerbarer Energieträger und Speichersysteme
1.3 Regulatorische und energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen in Österreich
2. Modellierung und Analyse von Lastprofilen und Netzstabilität
2.1 Dynamische Lastflüsse und Spannungsregelung bei fluktuierender Einspeisung
2.2 Demand-Response-Strategien und intelligentes Energiemanagement
2.3 Bewertungskriterien für Zuverlässigkeit, Autarkiegrad und Dekarbonisierung
3. Technische Dimensionierung und Optimierungskonzepte für den Campusbetrieb
3.1 Algorithmenbasierte Auslegung hybrider Photovoltaik- und Speichersysteme
3.2 Inselbetriebsfähigkeit und Resilienzsteigerung bei Netzausfällen
3.3 Wirtschaftlichkeits- und Lebenszyklusbetrachtung für universitäre Liegenschaften
Diskussion der Ergebnisse und Transformationspfade
Eidesstattliche Erklärung
Fazit
Literaturverzeichnis

Einleitung

Die Dekarbonisierung institutioneller Liegenschaften und die Notwendigkeit einer gesicherten Energieversorgung rücken dezentrale Versorgungsstrukturen verstärkt in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses [4]. Universitäre Liegenschaften weisen mit ihren heterogenen Verbrauchsprofilen aus Forschungszentren, Hörsälen und IT-Infrastrukturen ideale Voraussetzungen für den Betrieb lokaler Mikronetze auf [6]. Die Integration variabler erneuerbarer Energieträger erfordert dabei innovative Ansätze zur Systemstabilität und Lastflusssteuerung [3].

Zentrale Herausforderungen ergeben sich aus der stochastischen Erzeugung von Photovoltaik- und Windenergieanlagen, die ohne adäquate Pufferung zu Spannungsinstabilitäten und erhöhten Betriebskosten führen kann [3]. Die adäquate Kopplung von Batteriespeichern mit adaptiven Energiemanagementsystemen ist unabdingbar, um Versorgungsunterbrechungen zu vermeiden und eine zuverlässige Netzsegmentierung zu ermöglichen [4], [5]. Darüber hinaus gewinnen flexible Demand-Response-Mechanismen an Bedeutung, um den lokalen Eigenverbrauch zu maximieren [1].

Ziel der Untersuchung ist die systematische Analyse und techno-ökonomische Konzeptionierung von Campus-Mikronetzen unter Berücksichtigung dynamischer Betriebsführungsstrategien [5]. Auf Basis von Methoden der mathematischen Optimierung und Netzsimulation werden die technischen Wechselwirkungen zwischen Erzeugungsanlagen, Speichersystemen und Liegenschaftslasten bewertet [4], [6]. Die erarbeiteten Erkenntnisse dienen als Entscheidungsgrundlage für nachhaltige Infrastrukturinvestitionen und resiliente Arealnetzstrukturen.

2.1 Dynamische Lastflüsse und Spannungsregelung bei fluktuierender Einspeisung

Die Integration dezentraler Photovoltaik- und Windkraftanlagen in ein universitäres Arealnetz verändert die vorherrschenden Leistungsflüsse grundlegend und führt zu anspruchsvollen dynamischen Herausforderungen im täglichen Netzbetrieb. Durch die ausgeprägte zeitliche Volatilität variabler erneuerbarer Energieträger entstehen im Verteilnetz erhebliche Fluktuationen, welche sowohl die lokale Spannungsregelung als auch die adäquate Bereitstellung notwendiger Blindleistungsreserven im Mikronetz belasten. Zur systematischen Bewältigung dieser netztechnischen Hürden erweisen sich koordinierte Optimierungsansätze als unverzichtbar, da sie über verteilte genetische Algorithmen die Spannungsprofile auf den Sammelschienen stabilisieren, Blindleistungsreserven gezielt maximieren und gleichzeitig Übertragungsverluste sowie Betriebskosten im Gesamtsystem senken (Distributed Coordinated Multi-Microgrid System, 2024). Hierdurch lassen sich kritische Spannungsbänder an allen Netzknoten auch unter stark variierenden Lastbedingungen verlässlich und dauerhaft einhalten. Auf der übergeordneten Systemebene erfordert die Beherrschung dieser transienten Zustände den gezielten Einsatz intelligenter Energiemanagementsysteme, die hybride Erzeugungseinheiten aus Wind- und Solarkraft mit stationären Batteriespeichern technisch koppeln, um eine verlässliche sowie effiziente Stromversorgung dauerhaft zu sichern (Intelligent Hybrid Renewable Microgrid Energy Management System, 2024). Ein derartiges Managementsystem nutzt fortschrittliche Steuerungsstrategien, strukturierte Lastprognosen und datenbasierte Methoden der künstlichen Intelligenz, um optimierte Echtzeitentscheidungen bei wechselnden Umweltbedingungen zu treffen und Energieverluste wirksam zu minimieren (Intelligent Hybrid Renewable Microgrid Energy Management System, 2024). Die gezielte Verknüpfung verteilter Optimierungsstrategien zur dynamischen Spannungsstützung mit intelligenten, prädiktiven Energiemanagementkonzepten stabilisiert das universitäre Campus-Mikronetz somit nachhaltig, reduziert unerwünschte Spannungsabweichungen im Arealnetz und gewährleistet einen kontinuierlich sicheren sowie wirtschaftlichen Netzbetrieb auch …

Literaturverzeichnis

  1. Demand response integration in hybrid renewable energy systems: A campus microgrid case study in Bangladesh
    Nadim Ahmed, Fahima Akter, Md. Al-Amin et al.
    DOI-Link
  2. Integration of Renewable Energy Generation and Storage Systems for Emissions Reduction in an Islanded Campus Microgrid
    Michael Huylo, Sina Taheri, Atila Novoselac
    DOI-Link
  3. Distributed Coordinated Multi-Microgrid System: Optimization Strategies for Enhanced Renewable Energy Integration and Voltage Control
    Ashraful Alam, Gregory Murphy, Mandoye Ndoye et al.
    DOI-Link
  4. Optimization of Self-Sufficient Microgrid Design with Integration of Renewable Energy Resources
    Carlos A. Bonetti, Gabriel D. Puccini, Javier Rodríguez-García et al.
  5. Intelligent Hybrid Renewable Microgrid Energy Management System
    Krishna Reddy Kuppireddy
  6. Design Analysis of an Optimal Microgrid System for the Integration of Renewable Energy Sources at a University Campus
    Abdulrahman AlKassem, Azeddine Draou, Abdullah Alamri et al.

Bibliographie

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