Das größte Energieforschungsprojekt Europas, die Aspern Smart City Research GmbH (ASCR) startet die dritte Programmperiode, die von 2024-2028 unter dem Motto „ASCR NeXt Level. 2028“ läuft. Die dritte Phase des Forschungsprojektes baut auf einem “Living Lab” und bereits etablierten Innovationen auf und strebt nach einer ganzheitlichen Lösung für die Energiezukunft im urbanen Raum. Der Startschuss für erste Projekte ist bereits gefallen: in aspern Seestadt entsteht der Blueprint eines digitalisierten, elektrischen Verteilnetzes als Ermöglicher der Energiewende, Umstiegsmöglichkeiten eines Gründerzeithauses auf saubere Energie werden untersucht, sowie das Technologiezentrum der Wirtschaftsagentur Wien wird im Bereich der Energieversorgung automatisiert.

„Die Stadt Wien beschäftigt sich schon seit langem mit der Energiewende und setzt dabei auf evidenzbasierte Lösungen, die im Zusammenspiel von Forschung und Wirtschaft entwickelt wurden. Die ASCR ist ein Erfolgsbeispiel für eine solche Kooperation – so, wie es aspern Seestadt international für eine moderne Smart City ist. Modernste Technologie, Benutzer*innenfreundlichkeit und Ressourcenschonung stellen dabei die Prämissen dar. So stellt Wien als Pionier die Weichen für eine dekarbonisierte Energiezukunft“, freut sich Peter Hanke, Stadtrat für Finanzen, Wirtschaft, Arbeit, Internationales und Wiener Stadtwerke, über den Start der neuen Programmperiode.

Die Forschungsgesellschaft wurde 2013 gegründet und befindet sich mittlerweile in der dritten Phase „ASCR NeXt Level“ (2024 – 2028). Die erreichten Innovationen und bereits auf dem Markt befindlichen Lösungen haben internationale Beachtung und Anwendung gefunden. In der dritten Phase werden die bisher erarbeiteten Innovationen in agiler Art und unter Verwendung neuester Technologien auf die Stadt skaliert. . Dazu sehen die Gesellschafter rund 36 Millionen Euro vor, wovon rund 26 Millionen Euro in die Forschungstätigkeiten und rund vier Millionen Euro in den weiteren Aufbau und Betrieb von Infrastruktur fließen.

Gerhard Fiegel, Peter Hanke, Patricia Neumann, Peter Weinelt, Matthias Gressel, Harald Loos, Gerhard Hirczi, Thomas Maderbacher

ASCR setzt ein neues Level

„Im internationalen Vergleich sehen wir, dass die ASCR europaweit und darüber hinaus das einzige Living Lab in dieser Größenordnung und Komplexität ist, das mit realen Systemen und Infrastrukturen agiert und gemeinsam mit Kund*innen im Bereich Gebäude und Energienetze an Lösungen für die Zukunft arbeitet – vom smarten Stromnetz bis zur intelligenten Ladeinfrastruktur und dem automatisch gesteuerten klimaneutralen Haus“, so Patricia Neumann, CEO Siemens AG Österreich. In der dritten Forschungsphase werden neben dem bisherigen Living Lab in der aspern Seestadt auch andere repräsentative Gebäude und städtische Infrastruktur der Stadt Wien miteinbezogen. Dazu zählen Gründerzeithäuser und Gebäude mit gewerblicher Nutzung im innerstädtischen Bereich sowie Krankenhäuser (Klinik Floridsdorf) und Industrie. Mit diesem Mehr an Forschung agiert die Stadt Wien konsequent gemäß ihrer Smart City-Strategie.

Der Paradigmenwechsel im Energiesystem und in der städtischen Infrastruktur bringt neue Herausforderungen mit sich, denen sich das Konsortium im Rahmen der folgenden Themenbereiche stellt.

1. Raus aus Gas im Bestandsgebäude für Wohnen und Arbeiten

Als stark wachsende Metropole benötigt die Stadt Wien eine Infrastruktur die Innovation, Digitalisierung und Klimaschutz miteinander vereint. Für die Wiener Stadtwerke-Gruppe als neuer Gesellschafter ist es wichtig, diese Themen in Forschungsprojekte der ASCR zu übersetzen. Ein Schwerpunkt widmet sich daher der Herausforderung, technische und soziale Lösungen zu entwickeln, um in bewohnten Bestandsgebäuden, z. B. auch in Wiener Gründerzeitgebäuden, von fossilen auf erneuerbare Energieträger umzurüsten – kostengünstig und ohne Beeinträchtigung der Mieter*innen.

„Wir gewährleisten für alle Wiener*innen auch und in Zeiten der Energiewende höchste Versorgungssicherheit. Dabei haben der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen und der effiziente Einsatz von Investitionen absolute Priorität. Gelebte Innovationen und Wissenstransfers bieten uns mit unserem Einstieg bei der ASCR eine hervorragende Basis, an der Energiezukunft zu arbeiten“, so Peter Weinelt, Generaldirektor der Wiener Stadtwerke-Gruppe.

Die Wiener Stadtwerke-Gruppe bzw. die Wirtschaftsagentur Wien haben gemeinsam mit der ASCR zwei Bestandsgebäude, (eines mit Büro-, das andere mit Wohnnutzung) in Wien für den Gasausstieg ausgewählt, um einen Blueprint für die gesamte Stadt zu entwickeln. Im Forschungsfeld stehen neben dem Umstieg, der im Wohnbau sozialwissenschaftlich begleitet werden soll, vor allem die Energie- und Kosteneffizienz der Anwendungen im Fokus. Außerdem werden Rollout-Szenarien entwickelt, die die Netzinfrastruktur und den Netzausbau miteinbeziehen. Aus dem Forschungsprojekt soll ein Leitfaden entstehen, der Gebäudeträger und Netzbetreiber Erkenntnisse für einen sicheren Umstieg liefern kann. Dabei werden Forscher*innen Fragestellungen bearbeiten – welche Energieträger Sinn machen, wie thermische Optimierung umgesetzt wird und wo es smarte Sensorik braucht.

2. Vom smarten zum autonomen Gebäude

In der letzten Forschungsphase wurden die „Testbeds“, also die Forschungsgebäude der ASCR, mit intelligenter Technik ausgestattet. Viele Millionen Datensätze konnten auf diese Weise gesammelt und darauf aufbauend neue Lösungen entwickelt und erprobt werden. Die gesammelten Daten werden in Form eines digitalen Zwillings über die gesamte Lebenszeit sowohl Bau als auch Facility Management zur Verfügung gestellt. Nun geht die ASCR einen Schritt weiter und macht die Gebäude wie das Technologiezentrum Seestadt zu „autonomen“ und „resilienten“ Gebäuden. Eine Voraussetzung für den autonomen und effizienten Betrieb ist die Zufriedenheit der Nutzer und die Funktionsfähigkeit der Gebäude selbst. Deshalb werden in einem gesamtheitlichen Ansatz neben der Betrachtung des Energiesystems auch Sicherheitssysteme wie Brandschutz und Personenmanagement (Zutrittssysteme und Logistik) sowie Cyber Security berücksichtigt.

„Durch die Verbindung der realen und digitalen Welten wollen wir einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Dies gelingt uns nur im Ökosystem mit unseren Partnern der Stadt Wien und darüber hinaus involvierten Expert*innen. Durch die bereits etablierte Plattform Building X machen wir die Komplexität eines Gebäudes beherrschbar und erlauben einen zentralen Zugriff auf Daten und Systeme. Dadurch lassen sich individuelle Lösungen bauen, was zu einer deutlichen Verbesserung der Gebäudeleistung führt und Gebäude nachhaltiger macht. Dazu kommt, dass Expert*innenn einfach auf die Fülle an Daten zugreifen und so beispielsweise Defizite vorzeitig erkennen können“, betont Patricia Neumann, CEO Siemens AG Österreich. Die „intelligenten Gebäude“ der Zukunft verfügen über digitale Steuerung und selbstlernende Systeme. So können diese intelligenten Gebäude ihre inhärent vorhandenen Flexibilitäten selbst zur Dekarbonisierung nutzen, aktiv am Energiemarkt vermarkten oder Netzbetreibern anbieten und somit einen Beitrag zur systemischen Dekarbonisierung leisten – hierdurch lassen sich die Energiekosten der Gebäude minimieren.

3. Ganzheitliche Quartierlösungen am Beispiel aspern SeeCarré

Neben Lösungen für einzelne Gebäude geht es erstmals auch um eine ganzheitliche Energieversorgung für Quartiere, die z. B. den Betrieb von Energiegemeinschaften ermöglicht. So werden Fernwärme und -kälte in gesamthafte Stadtplanung integriert – und Konzepte entwickelt, wie sich über unterschiedliche Gebäude hinweg die Abwärme im Sommer sinnvoll nutzen lässt. Ein geplantes Projekt, das die ASCR gemeinsam mit Wien 3420 erarbeitet, ist ein Energiekonzept für ein Quartier in aspern Seestadt. Die ASCR berät mit dem Ziel, die unterschiedlichen Interessen von Wohnbau, Handel und Bürobetrieb in einem ganzheitlichen Energiekonzept zu vereinen und skalierbare Lösungen für Stadtquartiere der Zukunft anzubieten. Zudem werden neuartige Zusammenarbeitsmechanismen zwischen den Stakeholdern im Rahmen von Quartierswerkstätten erarbeitet.

4. Digitale Umgebung für agiles Forschen am Stromnetz der Zukunft

Eine Energiewende mit volatiler Einspeisung elektrischer Energie beispielsweise aus Photovoltaik-Anlagen und Windkraftanlagen kombiniert mit steigendem Strombedarf mit erhöhter Gleichzeitigkeit durch Wärmepumpen und Elektroautoladung bedeutet eine große Herausforderung für die Verteilnetzinfrastruktur. Bis 2030 will Österreich seinen Strombedarf vollständig aus erneuerbaren Quellen decken. Wie müssen flexible, resiliente und intelligente Stromnetze daher beschaffen sein? Wie lässt sich eine Vielzahl neuer und unterschiedlicher Teilnehmender optimal integrieren? Wie gehen die Netze mit unterschiedlichen Interessen der verschiedenen Nutzer*innen und Marktteilnehmer*innen um?

Unter der Prämisse, weiterhin höchste Versorgungssicherheit auch in Zeiten der Energiewende zu gewährleisten, widmet sich die ASCR all diesen Fragen im Rahmen dreier Forschungsschwerpunkte: der Aufbau und Betrieb des Blueprints eines digitalisierten, elektrischen Verteilnetz-Testbeds, die Ableitung neuer Planungskonzepte und Sicherstellung der Übertragbarkeit auf das gesamte Versorgungsgebiet sowie die Entwicklung und Etablierung eines neuen Nutzer*innen-Kollaborationskonzeptes, um Flexibilitäten von Kund*innen optimal zu nutzen.

5. Intelligente Infrastruktur – Mehr E-Mobilität bei gleichzeitig möglichst niedrigem Bedarf an Netzleistung

Klimafreundliche Mobilität erfordert auch eine intelligente Infrastruktur für E-Fahrzeuge – die Zulassungszahlen und Nutzungsintensität von Elektroautos werden steigen. Die ASCR entwickelt in diesem Bereich Blueprints für unterschiedliche Elektromobilitätslösungen. Darunter die intelligente Garage und ein aufeinander abgestimmtes Interaktionskonzepte von User*in, Auto, Ladestelle, Gebäudesteuerung und Stromnetz. Außerdem wird an Lösungen gearbeitet, wie Elektromobilität in Energiesystem unterschiedlich genutzter Gebäude integriert werden kann und so Synergien genutzt werden können. Mit intelligenter Ladeinfrastruktur soll der Bedarf an Netzleistung um 40 Prozent reduziert werden können.

In diesem Zusammenhang soll an Bestandsgaragen in aspern Seestadt und in der Wiener Innenstadt geforscht werden. Der Fokus liegt hier auf der Frage, mit der vorhandenen Netzinfrastruktur und Gebäudeinfrastruktur E-Mobilität effizient ausgerollt werden kann – vor allem unter der Annahme, dass im öffentlichen Raum immer weniger Parkplätze verfügbar sind und sich die Ladevorgänge in Tief-, aber auch Hochgaragen verlagern wird.

• Aspern Smart City Research (ASCR) beauftragt Siemens mit der Einführung der neuen Niederspannungssoftware LV Insights® X in aspern Seestadt in Wien
• LV Insights® X, Teil des Siemens Xcelerator-Portfolios, ermöglicht es ASCR, einen digitalen Zwilling des Verteilnetzes zu erstellen und dieses flexibel zu managen

Siemens unterstützt Kunden weltweit weiterhin dabei, die Energiewende zu beschleunigen und hat kürzlich eine neue Niederspannungssoftware bei Aspern Smart City Research („ASCR“) in Wien eingeführt. Die Siemens-Software LV Insights® X ermöglicht es ASCR, das gesamte Niederspannungsnetz in aspern Seestadt, einem Stadtteil von Wien, zu visualisieren. aspern Seestadt ist eines der größten Stadtentwicklungsprojekte in Europa. Mithilfe eins digitalen Zwillings des Netzes kann ASCR kritische Abschnitte identifizieren, die nutzbare Kapazität des Netzes erhöhen und mehr erneuerbare Energien ohne zusätzlichen Netzausbau integrieren. Dies unterstützt die Maßnahmen zur weiteren Dekarbonisierung des Stadtteils.

„Datengestützte Erkenntnisse bilden die essenzielle Basis, um die wachsenden – und teilweise unvorhersehbaren – Herausforderungen im Stromnetz zu bewältigen und einen effizienten und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten. In LV Insights® X sind wertvolle Einblicke und Analysen aus unserer langjährigen gemeinsamen Forschungstätigkeit mit der ASCR eingeflossen. Die ASCR ist ein Vorreiter auf dem Weg zu Netto-Null, und wir freuen uns, sie dabei zu unterstützen“, sagte Sabine Erlinghagen, CEO Siemens Grid Software.

„Die Nutzung dezentraler, erneuerbarer Energieressourcen ist wesentlicher Bestandteil für nachhaltige urbane Räume. Erhöhte Flexibilität und Transparenz sind der Schlüssel, um die Netzplanung und das Netzmanagement zu optimieren. Mit LV Insights® X können wir dies in aspern Seestadt auf ein völlig neues Niveau heben“, sagte Matthias Gressel, Geschäftsführer der ASCR.

LV Insights® X wurde im Juni 2023 auf den Markt gebracht und schafft die Grundlage für das flexible, anpassungsfähige und skalierbare Management von Niederspannungsnetzen. Auf Basis vorhandener Netzdaten kann die ASCR mit geringem Aufwand ein vollständiges digitales Abbild des Verteilnetzes erstellen und dieses dank echtzeitnaher Einblicke deutlich flexibler planen und betreiben. Die Software soll Verteilnetzbetreibern die Möglichkeit geben, die Ausfallzeiten, um bis zu 30 Prozent zu reduzieren. LV Insights® X ist Teil von Siemens Xcelerator, einer offenen digitale Business-Plattform, die die digitale Transformation für Kunden einfacher, schneller und skalierbar macht.

LV Insights® X ist eine sofort einsatzbereite Lösung mit kurzer Implementierungszeit. Die Software verfügt über offene Standardschnittstellen, die über eine einfache Drag-and-Drop-Steuerung konfiguriert werden können. Mit diesem neuen und flexiblen Konzept fügt sie sich nahtlos in die bestehende Systemlandschaft ein.

Die Stromnetze stehen durch die Integration von E-Mobilität vor großen Herausforderungen. Denn: Laden viele Autos gleichzeitig, muss das Netz zusätzlichen Strom zur Verfügung stellen. Smarte Ladestationen können helfen, das Netz zu entlasten. Der Use Case 11 „Smart-Charging“ zielt genau darauf ab: Es soll eine Infrastruktur zur optimierten Lastverteilung in E-Ladevorgängen entwickelt werden, ohne dass die Nutzer*innen dabei Komforteinbußen erfahren.

Die intelligente Lade- und Regelungsinfrastruktur im Seehub in der ASCR, weiß zu jeder Zeit, wie viel Strom auf dem Dach erzeugt wird und wie stark das Stromnetz ausgelastet ist.

Das Forschungsteam rund um Use Case-Leiter Michael Schuff hat nun eine neue App eingeführt, die alle relevanten Smart-Charging-Parameter berücksichtigt. Die Anzahl der Testpersonen steigt weiter an. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das Laden zunächst mit geringerer Leistung beginnt und später auf eine höhere Leistung angehoben wird. Diese Erkenntnis ermöglicht nun eine gezielte Planung der Ladevorgänge mithilfe des „DEOP“-Systems. Distributed Energy Optimization (DEOP) ist eine cloudbasierte Software zur effektiven Verwaltung verteilter Energieressourcen.

Seit Dezember 2022 unterstützt Christian Oberbauer vom Forschungsunternehmen BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH das Forschungsteam des Use Case 11 „Smart Charging“. Als Researcher im Bereich „Mikronetze und smarte Energiesysteme“ koordiniert er unter anderem die Integration von Ladeinfrastruktur im „Microgrid Forschungslabor für 100 % dezentrale und erneuerbare Energieversorgung“ am Standort Wieselburg in Zusammenarbeit mit Wien Energie zur Erforschung von intelligentem Lademanagement von E-Autos. Durch die aktive Mitarbeit am ASCR Testbed SEEHUB wurden so die neue Schnellladestation „SICHARGE-D“ der SIEMENS installiert, die aktualisierte ASCR Smart Charging App ausgerollt und die Parkplatzsensoren erfolgreich getestet.

Die dynamische und flexible Kompaktladesäule SICHARGE D berücksichtigt intelligent den individuellen Leistungsbedarf der Elektrofahrzeuge und ermöglicht somit optimierte Ladezeiten.

Parallel werden verschiedene Parksensoren getestet und mit den Ladedaten verglichen, um herauszufinden, welche Sensorentypen am besten funktionieren. Denn auch die Zuverlässigkeit der Sensoren ist von besonderer Bedeutung für eine intelligente Ladeinfrastruktur.

Stromnetze fit für die Energiewende

Die intensive Einspeisung über erneuerbare Energiequellen und der Boom von Elektrofahrzeugen stellen Stromnetze vor Herausforderungen. Die Aspern Smart City Research GmbH (ASCR) hat zusammen mit einem Team aus Forschung und Industrie im Rahmen des Förderprojekts „PoSyCo“ von 2019 bis 2022 ein Konzept entwickelt, das die Netzsicherheit mittels neuer Tools noch weiter stärken soll. Im „Digitalisierungslabor“ werden erste Teile des Systems bereits erfolgreich von den Wiener Netzen unter realen Bedingungen eingesetzt. Durch die Forschungsarbeit der ASCR können wertvolle Ergebnisse gewonnen werden, die bei der Integration von dezentralen Energieerzeugungsanlagen und neuen Verbrauchern unterstützen und somit die bestehenden Netzkapazität optimal genutzt wird.

Die ASCR hat das Förderprojekt PoSyCo unter der Leitung des Austrian Institute of Technology (AIT) gemeinsam mit den Wiener Netzen, Siemens, der TU Wien, der TU Graz und der MOOSMOAR Energies OG entwickelt. Das Projektbudget betrug 3,7 Millionen Euro und wurde vom Klima- und Energiefonds mit 2,5 Millionen Euro gefördert.
Bisher war der Energieverbrauch der Bevölkerung passiv und damit gut abschätzbar. Immer mehr Menschen werden jedoch aktiver Teil der Energiewende, wie beispielsweise durch Energiegemeinschaften, den Anstieg von PV-Anlagen oder den Boom der Elektromobilität. Die Energiewende und die Umstellung auf erneuerbare Energien fordert die Stromnetzinfrastruktur, Netzbetreiber investieren daher vorausschauend, um die Netze noch weiter zu ertüchtigen. So untersuchte die ASCR im Förderprojekt „PoSyCo“ die Ausgestaltung der Stromnetze, um auch bei alternativen Energieformen und Energiegemeinschaften jederzeit Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Das von der ASCR im Projekt PoSyCo mitentwickelte Konzept der „SOFTprotection“ kann als intelligentes „Add-on“ für herkömmliche Netzschutzkonzepte dienen. Untersucht wird dabei, wie Stromnetze zu „Smart Grids“ werden können – und als automatisierte, vorausschauende und digitalisierte Systeme Probleme frühzeitig erkennen sowie durch implementierte Schutzfunktionen zu jederzeit Versorgungssicherheit garantieren.

Künstliche Intelligenz bewertet Störungen
Ein Ziel des Projekts war es, die bestehende Infrastruktur so auszurüsten, dass Leistungsspitzen vermieden und die Lasten jederzeit bestmöglich und effizient genutzt werden. „Mit den Entwicklungen im Rahmen von PoSyCo haben wir einen Werkzeugkasten für den zukünftigen Verteilnetzbetrieb geschaffen, der den komplexen Anforderungen der Energiewende bei gleichzeitiger Energieversorgungssicherheit gerecht wird“, sagt der Technische Koordinator und ASCR Projektleiter Alfred Einfalt, Principal Key Expert bei Siemens. Das SOFTprotection-System kann Störungen identifizieren, indem es Daten sammelt, Fehlerberichte empfängt und diese entsprechend analysiert. Das intelligente System vermag selbst zu erkennen, welches Problem vorliegt und wie kritisch es einzustufen ist. Die im Rahmen des Forschungsprojekts definierte Rolle des „SOFTprotection Operator“ bewertet dann die aufbereitete Situation und entscheidet, ob es das Netz weiter beobachten soll oder ob eine*n Techniker*in vor Ort benötigt wird. Dies unterstützt Netzplaner*innen und Netztechniker*innen bei ihrer Arbeit, da sie dankkontextspezifischer Information schneller reagieren können.

Gebäude der aspern Seestadt ausgestattet mit Sensoren
Getestet wird die SOFTprotection von den Projektpartner*innen gemeinsam mit der ASCR in einem realen Stromnetz. Die aspern Seestadt bietet für eine derartige Forschung die besten Bedingungen: Intelligente Gebäude (Smart Buildings) werden mit dezentral bereitgestellter Energie versorgt, wie beispielsweise in der Wohnhausanlage D12 oder im Schulcampus D18A, wo Solarthermie, Photovoltaik und Wärmepumpen zum Einsatz kommen. Auch die Stromnetze sind mit Sensoren ausgestattet, so dass sich verfügbare Netzkapazität jederzeit analysieren lassen und der Energieverbrauch bewertet werden kann. Weiterführende Tests und Evaluierungen der Lösungen wurden von den Projektpartnern Austrian Institute of Technology, TU Graz und TU Wien sowohl in deren Labors als auch mittels Simulationen erfolgreich durchgeführt.

Praxisrelevante Forschung: Digitalisierungslabor der Wiener Netze
Im Rahmen von PoSyCo wurde ein Digitalisierungslabor, das Smart Grid Lab, geschaffen, das der ASCR ermöglicht, Forschungsergebnisse mit Anwender*innen und Projektpartner*innen zu teilen. Die Wiener Netze simulieren dort unter realen Bedingungen verschiedene Probleme und Störungen, um sie noch schneller zu erkennen und zu beheben. So können die Integration der Prozesse, der Einbau und Anschluss der erforderlichen Messtechnik sowie die Verarbeitung und Visualisierung der Daten live erlebt werden. „Als Stromnetzbetreiber tun wir alles, um die Energiewende zu ermöglichen. Unsere Netze sind hier ein wichtiger Hebel. Das Digitalisierungslabor hilft uns, unsere Netzinfrastruktur noch widerstandsfähiger zu machen und auf die Herausforderungen der Zukunft vorzubereiten. So garantieren wir weiterhin Versorgungssicherheit“, sagt Roland Zoll von den Wiener Netzen. Das Projekt hat nicht nur Lösungen für einen sicheren Betrieb der unteren Netzebenen als Basis für die Energiewende hervorgebracht, sondern auch unter wissenschaftlichen Bedingungen gezeigt, wie technische und organisatorische Prozesse implementiert und gesteuert werden können.