Die BAW-HH erstellte im mFUND-Projekt „EasyGSH-DB“ umfangreiche Simulationsergebnisse, deren Nutzung aufgrund der Menge / Struktur der Daten nur durch eine Rasterung möglich ist. Durch Aufbau einer Big-Simulation- and Geodata-Middleware soll der transparente Zugriff auf die unstrukturierten zeitvarianten HN-Simulationsergebnisse ermöglicht werden.
Aufgabenstellung und Ziel
In der Bundesanstalt für Wasserbau liegen synoptische, mehrjährige Ergebnisdatensätze aus hydro-numerischen (HN)-Simulationsmodellen in der Regel auf unstrukturierten Gebietszerlegungen und in hoher zeitlicher Auflösung vor. Die Nutzbarkeit dieser Daten kann durch eine geeignete Softwareinfrastruktur noch verbessert werden.
Ziel des im Rahmen der Förderinitiative mFUND des BMVI geförderten Verbundvorhabens mit der smile consult GmbH ist die Schaffung und prototypische Inbetriebnahme einer Big-Simulation- and Geodata-Middleware für unstrukturierte zeitvariante HN-Simulationsergebnisse.
Darüber hinaus stellt die Schaffung von Schnittstellen und Diensten zur Einbindung der Middleware in die nationale und europäische Geodateninfrastruktur sowie die mCLOUD ein zentrales Element für den Erfolg und die Nachhaltigkeit des Gesamtprojektes dar. Durch die Integration von Anwenderszenarien in die Projektbearbeitung und deren Dokumentation, kann frühzeitig auf die Erfordernisse von potentiellen Nutzern eingegangen werden.
Das Ziel der BAW ist, die HN-Simulationsergebnisse so zu strukturieren und dokumentieren, dass ein automatisches Füllen der Big-Simulation-Database ermöglicht wird sowie die hard- und softwaretechnische Basis für den operationellen Betrieb zu schaffen. Weiterhin ist die Definition der Anwendungsszenarien zusammen mit den zukünftigen Nutzern zu erstellen und erproben sowie die Möglichkeiten und Grenzen zu dokumentieren.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Die fachbezogene weitergehende Nutzung der umfangreichen Simulationsergebnisse aus Projekten der BAW, insbesondere die synoptische Datenbasis aus EasyGSH-DB in ihrer originären zeitlichen und örtlichen Auflösung, ermöglicht neue Anwendungsszenarien in der WSV und erhöht die Daten-Transparenz weiter. Diese Vorgehensweise geht über den bisherigen Stand der Datenanwendung und des Datenaustauschs der BAW mit Dritten hinaus und erhöht den Anwendungsbezug und die Nutzbarkeit dieser Daten in der Praxis wesentlich.
Untersuchungsmethoden
Im Rahmen ihrer gutachterlichen Tätigkeit und in Forschungsprojekten nutzt die BAW unterschiedliche Simulationsmodelle. Beispielsweise führte die BAW im Rahmen des FuE-Projektes „EasyGSH-DB“ dreidimensionale Simulationen von Hydrodynamik, Salz- und Sedimenttransport sowie Seegang mit dem Programmsystem UnTRIM/SediMorph/UnK über eine Zeitspanne von 20 Jahren (1996 bis 2015) durch. Hierauf aufbauend wird im Vorhaben ein Verwaltungs- und Analysekonzept erstellt und prototypisch umgesetzt, welches die Grundlage für die Integration bestehender und zukünftiger Simulationsdaten bildet.
Bereits zu Beginn des Projektes kann auf eine umfangreiche und synoptische Simulationsdatenbasis über einen Zeitraum von 20 Jahren und mit einem Datenvolumen von knapp 80 TB aus dem mFUND-Verbundprojekt „EasyGSH-DB“ zurückgegriffen werden. Durch eine Rasterung der 10-minütigen Simulationsergebnisse auf Basis der unstrukturierten Berechnungsnetze auf ein 1x1-km-Raster in 20-minütigem Intervall, wie dies zur Veröffentlichung der EasyGSH-DB-Produkte damals umgesetzt wurde, konnten kleinere Dateigrößen von rund 25 GB erzielt werden (siehe Bild 1). Diese reproduzieren aber die komplexen bathymetrischen und hydrodynamischen Verhältnisse im Küstennahbereich und in den Ästuarmündungen nur eingeschränkt.
Im Projekt wird ein generischer Ansatz auf der Basis einer Middleware verfolgt, der einen anwendungsorientierten, selektiven und transparenten Zugriff auf die originär unstrukturierten HN-Simulationsergebnisse ermöglichen soll. (Text gekürzt)
Ausgangssituation, Problematik und Motivation: Die massive Entwicklung von erneuerbaren Erzeugungskapazitäten hat in Österreich zu einer installierten Kapazität von 2.800 MW Wind und PV Anlagen geführt. Diese erzeugen aufgrund der stochastischen Erzeugungscharakteristika massive Herausforderungen in den Stromnetzen. Entsprechend werden zunehmend Flexibilitätsoptionen in den Strommärkten wie dem Day-ahead oder Spot-Markt, aber auch am Regelenergiemarkt notwendig sein. Auf der andern Seite sieht sich der Fernwärmemarkt in Österreich mit einer großen Zahl an kleinen und mittleren Biomasseanlagen konfrontiert, in den letzten 20 Jahren wurden in Summe ca. 900 MW installiert. Viele dieser Systeme sind am Ende ihrer technischen Lebensdauer angelangt. Zusätzliche Herausforderungen bestehen in sich ändernden Marktbedingungen (insbesondere Energiepreise und fallende Wärmenachfrage), was in einer reduzierten Wirtschaftlichkeit der Anlagen sowie einer unsicheren Zukunftsperspektive resultiert.
Ziele und Innovationsgehalt: Wärmepumpen können eine Verbindung zwischen dem Strom- und dem Wärmesektor schaffen und somit hohen Kosten für den Ausbau der Stromnetze entgegenwirken und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit bestehender Wärmenetze erhöhen. Obwohl hierzu technische Lösungen marktverfügbar sind und bereits erfolgreich demonstriert wurden, wurden nur sehr wenige Beispiele in Österreich realisiert. Ziel des Projektes ist es, innovative Geschäftsmodelle für eine wirtschaftliche Integration von Wärmepumpen in kleinen und mittleren städtischen Wärmenetzen zu entwickeln und zu bewerten, insbesondere hinsichtlich der Synergien aus dem Wärme- und Strommarkt. Hauptfokus ist die Anwendung eines Wärmepumpen-Poolings über mehrere Wärmenetze, um somit die Anforderungen des Regelenergiemarktes hinsichtlich der Verfügbarkeit von Stromabnahme zu garantieren. Kleine und mittlere Städte bieten ein großes Potential für die Integration von Wärmepumpen aufgrund a) der geringeren Komplexität der Erzeugungsstrukturen und Stakeholder, b) im Allgemeinen niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen und c) einer guten Verfügbarkeit von Quellen für die Wärmepumpe (z.B. das Abwassersystem, Abwärme).
Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse:
- Entwicklung und Dokumentation von technischen Lösungen und potenziellen Anwendungsfälle, die eine wesentliche Reduktion der Betriebskosten im Vergleich zu einer einfachen zentralen Wärmepumpenlösung ermöglichen.
- Bewertung der ökonomischen Vorteile des Pooling von Wärmepumpen in Wärmenetzen und Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle mit attraktiven Amortisationszeiten aufgrund von Synergieeffekten.
- Übertragbarkeit der oben genannten Lösungen auf repräsentative städtische Wärmenetze und Vorbereitung für konkrete Demonstrationsprojekte.