Intelligentes Energiemanagement mit hetida platform
Im Mai 2025 wurde im Bremer Überseeinsel-Quartier ein zukunftsweisendes Energieprojekt feierlich präsentiert. Das digitale Herzstück bildet die IoT- und Analytics-Lösung hetida platform, welche einen 72-Stunden-Fahrplan für die vier großen Flusswärmepumpen erstellt.
Inbetriebnahme des Energiekonzepts
Unter dem Motto „Blaupause für die Wärmewende: Deutschlands wohl innovativstes Energiekonzept geht in Betrieb“ wurde am 13. Mai die Heizzentrale des neuen Quartiers eröffnet und der Öffentlichkeit vorgestellt, was hier technisch und energetisch möglich ist.
Urbane Energieversorung neu denken
In Deutschland sind Städte und Gemeinden seit dem 1. Januar 2024 durch das Wärmeplanungsgesetz (Gesetz für die Wärmeplanung und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze, WPG) verpflichtet, kommunale Wärmepläne zu erstellen. Ziel ist es, die Wärmeversorgung bis spätestens 2045 klimaneutral zu gestalten und die lokalen Gegebenheiten systematisch zu berücksichtigen.
Gerade bei neu entstehenden Quartieren gibt es die Chance, urbane Energieversorgung von Grund auf neu zu denken. Auf der Überseeinsel in Bremen entsteht ein zukunftsweisendes Wärmekonzept: Statt fossiler Energieträger kommen hier vier Flusswärmepumpen zum Einsatz, die selbst aus 6 °C kaltem Weserwasser effizient Energie extrahieren. Ergänzt wird das System durch Photovoltaik und die gezielte Nutzung günstiger Strompreise an der Börse.
Optimierung von Lastverschiebung, Quellenmix und Speicherintegration
Das Herzstück bildet ein intelligentes Energiemanagement, das Lastverschiebung, Quellenmix und Speicherintegration optimiert. Ziel ist eine flexible, weitgehend klimaneutrale Wärmeversorgung – robust gegenüber Volatilität bei erneuerbaren Energien und Preisschwankungen. Die Überseeinsel wird so zum technischen Reallabor für die urbane Wärmewende. Und mitten drin: Die hetida platform.
Bei diesem Projekt erhält die hetida platform die Daten aus mehreren verschiedenen Quellen. So werden z.B. Wetterdaten und Day-Ahead Stromdaten über eine API von einem kommerziellen Anbieter geladen. Anderen Daten wie Wärmeverbrauch, Speicherstände werden direkt aus der SPS via MQTT der Plattform zugefügt (weitere Informationen zu den Schnittstellen der Plattform).
Die Steuerung der Wärmepumpen auf der Bremer Überseeinsel basiert auf einem komplexen Zusammenspiel meteorologischer, energetischer und wirtschaftlicher Faktoren. Hier sind die Schlüsselparameter und ihr Einfluss auf den Betriebsfahrplan:
Die Steuerung der Wärmepumpen auf der Bremer Überseeinsel basiert auf einem komplexen Zusammenspiel meteorologischer, energetischer und wirtschaftlicher Faktoren. Hier sind die Schlüsselparameter und ihr Einfluss auf den Betriebsfahrplan:
Wesertemperatur – entscheidend für die Effizienz
Die Temperatur des Flusswassers hat großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe. Je wärmer das Wasser, desto weniger Energie braucht die Pumpe, um Wärme zu erzeugen – das bedeutet einen höheren COP (Leistungszahl).
Beispiel: Bei 15 °C Flusswassertemperatur arbeitet die Wärmepumpe deutlich effizienter als bei 5 °C. Deshalb ist der Betrieb im wärmeren Frühjahr und Sommer besonders wirtschaftlich.
Bewölkung – beeinflusst die Verfügbarkeit von Solarstrom
Die Überseeinsel nutzt viel Solarstrom, um die Wärmepumpe möglichst mit eigenem Strom zu versorgen. Bei Sonnenschein steht viel Solarenergie zur Verfügung, die Wärmepumpe kann dann bevorzugt laufen. Bei bewölktem Himmel sinkt die Solarstromproduktion, die Wärmepumpe wird dann eher in Zeiten mit günstigen Stromtarifen betrieben oder nutzt gespeicherte Wärme.
Stromtarife – Steuerung nach den Kosten
Die Strompreise schwanken im Tagesverlauf stark. Die Wärmepumpe wird deshalb bevorzugt in Zeiten mit günstigen Preisen betrieben, zum Beispiel nachts oder bei hoher erneuerbarer Stromproduktion. So lassen sich die Betriebskosten deutlich senken. Die Steuerung plant den Betrieb deshalb nach den Day-Ahead-Strompreisen.
Wärmebedarf – bestimmt den Heizbedarf und die Laufzeiten
Der Wärmebedarf hängt vor allem von der Außentemperatur ab: Je kälter es ist, desto mehr Wärme wird benötigt. Die Wärmepumpe läuft dann länger oder mit höherer Leistung. Gleichzeitig wird versucht, Wärme in Pufferspeichern vorzuhalten, um Lastspitzen abzufangen und den Betrieb möglichst effizient und kostengünstig zu gestalten.
Gebäudecharakteristik – Unterschiedliche Nutzungen, unterschiedliche Anforderungen
Die Art und Nutzung eines Gebäudes beeinflussen den Wärmebedarf maßgeblich. Schulen, Büros, Wohnhäuser oder Hotels haben jeweils ganz eigene Lastprofile und Anforderungen an die Wärmeversorgung. Beispielsweise benötigen Schulen tagsüber während der Unterrichtszeiten viel Wärme, während der Bedarf am Abend und am Wochenende stark sinkt. Bürogebäude haben einen anderen Tagesverlauf und oft geringeren Bedarf außerhalb der Arbeitszeiten. Wohnhäuser hingegen haben einen relativ gleichmäßigen Bedarf, der morgens und abends Spitzen aufweist.
Auch die Bauweise, Dämmung und das installierte Heizsystem spielen eine wichtige Rolle für die Effizienz der Wärmepumpe und die Auslegung des gesamten Systems. So müssen die Fahrpläne der Wärmepumpe und die Speicherbewirtschaftung individuell auf die jeweiligen Gebäudetypen und deren spezifischen Wärmebedarf abgestimmt werden, um einen effizienten und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Speicherstand des Warmwasserspeichers – Sicherheit und Flexibilität
Ein zentraler Bestandteil des Systems ist der große Warmwasserspeicher. Er sorgt dafür, dass auch dann genügend Wärme zur Verfügung steht, wenn die Wärmepumpe gerade nicht läuft – zum Beispiel nachts, bei sehr hohem Strompreis oder geringer Solarstromproduktion. Der Speicherstand wird kontinuierlich überwacht und in die Steuerung einbezogen. Ein Mindestfüllstand, zum Beispiel 10%, darf nicht unterschritten werden. Das stellt sicher, dass jederzeit ausreichend Wärme für die Bewohner bereitsteht, selbst wenn kurzfristig kein Strom zur Verfügung steht oder die Wärmepumpe ausfällt.
Workflow-Tool hetida designer unterstützt bei der Realisierung
Die folgende Grafik aus dem hetida designer veranschaulicht, wie der Fahrplan der Wärmepumpe auf der Überseeinsel in der Praxis umgesetzt wird. Da bislang erst etwa fünf der geplanten Gebäude fertiggestellt sind, ist der aktuelle Wärmebedarf im Quartier noch relativ gering. Im oberen Drittel der Grafik ist der Strompreisverlauf dargestellt; die durchgezogene Linie zeigt die tatsächlich gemessenen Werte, die gestrichelte Linie die Prognose.
Zum aktuellen Zeitpunkt (12:00 Uhr) ist der Strompreis besonders niedrig, was auf einen sehr hohen Anteil erneuerbarer Energien im Strommix (94 %) zurückzuführen ist. In solchen Phasen empfiehlt der Fahrplan, die Wärmepumpe auf Volllast zu betreiben, um den günstigen, nachhaltigen Strom optimal zu nutzen und Wärme für das Quartier zu erzeugen. Da der Wärmebedarf derzeit gering ist, besteht keine Notwendigkeit, auch die anderen beiden Zeitfenster mit niedrigen Strompreisen zu nutzen. Die Steuerung berücksichtigt dabei nicht nur Strompreise und Wärmebedarf, sondern auch den Füllstand des Warmwasserspeichers: Wie oben beschrieben darf der Speicher beispielsweise nicht unter 10 % fallen, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. So wird der Betrieb der Wärmepumpe flexibel und effizient an die aktuellen Bedingungen angepasst
Maximale Effizienz durch intelligenten Fahrplan der Wärmepumpen
Der Fahrplan der Wärmepumpe auf der Überseeinsel berücksichtigt alle diese Parameter: Flusswassertemperatur, Solarstromverfügbarkeit, Strompreise, Gebäudecharakteristik, Speicherstand und Wärmebedarf. So wird der Betrieb optimal an die Umweltbedingungen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen angepasst – für maximale Effizienz und minimale Kosten.
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