Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Flexilienz - Resilienzen stärken: Flexibilisierung und Innovationen als Treiber für eine zukunftsfähige Wasserversorgung in Kassel
Im Rahmen von Flexilienz werden innovative Technologien zur Minimierung des Ressourcenverbrauchs und zur Flexibilisierung des Energiebedarfs der Wasserversorgung im Reallabor Kassel entwickelt und demonstriert. Seit den vermehrt auftretenden Trockenperioden ab 2018 kommt es in Kassel zu Spitzenlastsituation, die nur durch deutlich höhere Wasserentnahmen aus Tiefbrunnen abgefedert werden können.
Die Förderung und Aufbereitung ist jedoch deutlich teurer und aufwendiger als die Nutzung der vorhandenen Quellen - nicht zuletzt, weil von den Brunnen bis zu den Hochbehältern enorme Höhenunterschiede überwunden werden müssen. Quellwasser, das bisher als kostengünstige und nachhaltige Möglichkeit zur Kompensation erhöhter Grundwasserentnahmen diente, muss aufgrund klimabedingter Verunreinigungen (Starkregen, Trockenperioden) regelmäßig abgeschlagen werden. Gleichzeitig erfordert die Energiewende mit einem weiter steigenden Anteil regenerativer Energien am Strommix eine Flexibilisierung des Lastbetriebs, die Schaffung von Speichern und eine genauere Betrachtung der Energiepreisentwicklung.
Flexilienz zielt auf eine integrative, ressourcenschonende und sektorenübergreifende Erhöhung der Resilienz des Wasserversorgungssystems. Dabei werden bestehende Infrastrukturen effizient eingebunden und erneuerbare Ressourcen, sowie Energien genutzt. Innovative Filtrationsverfahren für Quellwässer, eine ressourcenschonende dezentrale Wasserstoffproduktion und eine simulationsgetriebene Flexibilisierung des Betriebs vorhandener Anlagen wie Pumpen und Hochbehälter werden die Resilienz der Wasserversorgung stärken und die Energiekosten senken. Das Reallabor Kassel ist aufgrund seiner Größe und Ausprägung demnach ein idealer Testraum für den angestrebten Transfer der Innovationen in die großstädtische Wasserversorgung Deutschlands.
Das Fraunhofer IEE fokussiert sich im Projekt auf die simulationsgetriebene Flexibilisierung des Betriebs vorhandener Anlagen wie Pumpen und Hochbehälter. Hierzu entwickelt und testet es einen flexiblen Lastfahrplan zur Reduktion von Energiekosten und integriert diesen in Form eines virtuellen Kraftwerks im Reallabor Wasserversorgung Kassel. Um das Einsparpotential für Strom abzuschätzen bildet das Fraunhofer IEE, ausgehend von einer Pilotzone, das Wasserversorgungsnetz Kassels einschließlich aller relevanten Komponenten wie Pumpen, Kompressoren und Wasserspeicher digital ab. Unter die Einbeziehung historischer Daten zu Quellschüttungen, Wasserförderung- und -verbrauch sowie meteorologischer Daten lassen sich so gezielt Lastverschiebungspotenziale identifizieren, ohne dabei die Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.
Grundlage für die zeitliche Steuerung ist die Verfügbarkeit regenerativer Energie sowie der aktuelle Strompreis am Day-Ahead- und Intraday-Markt. Mithilfe des Modells soll der Pumpbetrieb beispielsweise so optimiert werden, dass zu Zeiten niedriger Strompreise mehr Wasser gefördert und die Pumpleistung bei hohen Preisen reduziert wird. Auf diese Weise lassen sich stundenbasierte Fahrpläne für den einen flexibilisierten Betrieb der technischen Anlagen erstellen und konkrete Kosteneinsparungen berechnen.
