・THORIUM: Komplexe Energiesysteme simulieren, bewerten und optimieren
Notstrom allein reicht nicht: Erfahren Sie, wie THORIUM Energiesysteme modelliert, Stresstests durchführt und Resilienz, Autarkie und Kosten optimiert.
Ist Ihre Energieversorgung noch belastbar, wenn sich die Rahmenbedingungen verändern?
„Wie lange können Sie Ihren Standort bei einem Stromausfall weiterbetreiben?“
„48 Stunden. Dafür haben wir ein Notstromaggregat.“
Eine Antwort, die zunächst Sicherheit vermittelt. Doch worauf beruhen diese 48 Stunden? Auf dem vorhandenen Treibstoffvorrat? Auf einem durchschnittlichen Energiebedarf? Oder auf einer tatsächlich überprüften Versorgung aller kritischen Verbraucher?
In vielen Organisationen und Unternehmen existieren bereits Konzepte zur Absicherung der Energieversorgung. Notstromaggregate, Batteriespeicher oder redundante Netzanschlüsse sollen die Versorgung bei Störungen aufrechterhalten. Wie das Gesamtsystem unter konkreten Ausfallbedingungen reagiert, wird oft nicht ausreichend untersucht.
Die tatsächlichen Anforderungen können erheblich von ursprünglichen Planungsannahmen abweichen. Lastprofile verändern sich, Komponenten fallen gleichzeitig aus oder die verfügbare Eigenerzeugung schwankt mit Tageszeit und Wetterbedingungen.
Die entscheidende Frage lautet deshalb: Welche Funktionen bleiben unter welchen Bedingungen wie lange verfügbar?
Mit der Software THORIUM von HDC Solutions lassen sich komplexe Energiesysteme digital abbilden, Szenarien simulieren und unterschiedliche Systemarchitekturen bewerten und optimieren. Daraus entstehen modellbasierte Entscheidungsgrundlagen für eine resiliente und wirtschaftliche Energieversorgung.
Versorgungssicherheit ist eine Frage des Gesamtsystems
Ein Notstromaggregat kann eine wichtige Komponente der Versorgungssicherheit sein. Seine installierte Leistung und der verfügbare Treibstoff allein geben noch keine vollständige Auskunft darüber, wie lange ein Standort im Ernstfall handlungsfähig bleibt.
Entscheidend ist das Zusammenspiel von Erzeugern, Speichern, Verbrauchern und ihren Abhängigkeiten. Neben dem öffentlichen Stromnetz können Photovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerke, Batteriespeicher und weitere Energiequellen eingebunden sein. In sektorübergreifenden Systemen kommen beispielsweise Wärmepumpen, thermische Speicher oder Ladeinfrastruktur hinzu.
Jede Komponente besitzt eigene technische Eigenschaften und Leistungsgrenzen.
Was geschieht, wenn während eines Netzausfalls gleichzeitig ein Speicher ausfällt? Wie verändert sich die Überbrückungsdauer bei höherem Energiebedarf oder verzögerter Treibstoffnachlieferung?
Die Bewertung solcher Szenarien muss bereits bei der Systemauslegung berücksichtigt werden. Sie bildet eine wichtige Grundlage für eine belastbare Resilienzstrategie. Erst wenn die Auswirkungen auf das Gesamtsystem bekannt sind, lässt sich beurteilen, welche Maßnahmen die Versorgungssicherheit tatsächlich verbessern.
Wie THORIUM Energiesysteme digital abbildet und optimiert
THORIUM ist eine Simulations- und Optimierungssoftware für komplexe Energiesysteme. Sie basiert auf der vom Large Engines Competence Center (LEC) entwickelten Software LEC ENERsim und wird in Kooperation zwischen HDC Solutions und dem LEC weiterentwickelt.
Ziel ist es, bestehende und geplante Energiearchitekturen unter unterschiedlichen technischen, wirtschaftlichen und betrieblichen Rahmenbedingungen zu analysieren, zu bewerten und zu optimieren.
Vom realen Energiesystem zum digitalen Modell
Ausgangspunkt sind die tatsächlichen oder geplanten Komponenten eines Energiesystems: Erzeugungsanlagen, Speicher, Netzanbindungen und Verbraucher. Diese werden in THORIUM als miteinander verknüpfte Elemente modelliert.
Bei bestehenden Energieinfrastrukturen kann das Modell als Grundlage für einen digitalen Zwilling dienen, der die relevanten technischen Eigenschaften und Zusammenhänge des realen Systems abbildet.
Technische und wirtschaftliche Parameter wie Leistung, Kapazität, Wirkungsgrad, Energiebedarf oder Kosten bilden die Berechnungsgrundlage. Hinzu kommen zeitabhängige Lastprofile, Erzeugungsdaten und definierte Rahmenbedingungen.
Das digitale Modell macht Energieflüsse und Abhängigkeiten des Gesamtsystems untersuchbar. Unterschiedliche Systemkonfigurationen können bewertet werden, bevor bauliche Veränderungen erfolgen.
Szenarien simulieren und Varianten vergleichen
Auf Basis des Modells lassen sich unterschiedliche Betriebs- und Ausfallszenarien durchspielen: der Wegfall des öffentlichen Stromnetzes, der Ausfall einzelner Komponenten, veränderte Lastprofile oder der Ausbau von Eigenerzeugung und Speicherkapazitäten.
Welche Verbraucher können weiterhin versorgt werden? Wann entstehen Engpässe? Welche zusätzlichen Kapazitäten wären erforderlich?
Die Simulation liefert Antworten für die definierten Szenarien und unterstützt Betreiber dabei, technische Maßnahmen und Investitionsentscheidungen fundiert zu bewerten.
Mehrzieloptimierung: Resilienz, Autarkie, Kosten und CO₂
Eine technisch mögliche Lösung ist nicht zwangsläufig die wirtschaftlich sinnvollste.
Eine vollständig autarke Energieversorgung kann hohe Investitionen in Erzeugungsanlagen, Speicher und Reserven erfordern. Eine kostengünstigere Architektur kann stärkere Abhängigkeiten vom öffentlichen Netz aufweisen.
THORIUM ermöglicht es, unterschiedliche Systemauslegungen und Betriebsstrategien anhand mehrerer Zielgrößen zu untersuchen:
Resilienz: Wie robust ist die Versorgung unter definierten Störbedingungen?
Autarkie: In welchem Umfang und für welche Dauer kann das System unabhängig vom öffentlichen Netz arbeiten?
Wirtschaftlichkeit & Effizienz: Welche Investitions- und Betriebskosten entstehen und wie effizient werden die verfügbaren Energieressourcen eingesetzt?
CO₂-Emissionen: Welche Auswirkungen haben die gewählten Technologien und Betriebsstrategien?
Die mathematische Optimierung unterstützt dabei, geeignete Komponentenleistungen, Speicherkapazitäten und Betriebsstrategien zu ermitteln.
Ein wichtiger technologischer Ansatz ist die Verbindung physikalischer Energiesystemmodelle mit datenbasierten Methoden (Physics-driven AI). Physikalische Zusammenhänge bilden die Basis für die Bewertung und Optimierung komplexer Systemzustände.
Für Betreiber werden Zielkonflikte zwischen Versorgungssicherheit, Autarkie, Wirtschaftlichkeit und Emissionen transparent. Unterschiedliche Varianten lassen sich anhand ihrer Auswirkungen vergleichen.
Resilienz im virtuellen Stresstest
Welchen Mehrwert die Simulation bietet, zeigt eine veröffentlichte Modellrechnung des LEC mit ENERsim.
Untersucht wird ein virtuelles Energiesystem mit verschiedenen Erzeugungs- und Speicherkomponenten. Das Ausgangssystem erreicht im Normalbetrieb einen durchschnittlichen Autarkiegrad von rund 39 Prozent.
Dieser Wert sagt wenig darüber aus, wie lange das System einen vollständigen Netzausfall übersteht. Entscheidend ist, wann Energie verfügbar ist und welche Verbraucher versorgt werden müssen.
Im Stresstest wird ein zweitägiger Ausfall des öffentlichen Stromnetzes betrachtet. Die Ergebnisse unterscheiden sich je nach Jahreszeit erheblich.
Im Januar wird für die untersuchte Versorgungssituation zusätzliche Generatorleistung benötigt. Im Mai kann die Kombination aus Photovoltaik und Batteriespeicher ausreichen.
Ein identisches Ausfallszenario kann je nach Rahmenbedingungen völlig unterschiedliche Anforderungen an die Energiearchitektur stellen.
Für Betreiber liegt darin der Nutzen: Überbrückungsdauer, Autarkie und notwendige Reservekapazitäten können anhand konkreter Szenarien bewertet werden, anstatt sich ausschließlich auf pauschale Annahmen zu verlassen.
Quelle: LEC ENERsim, virtuelle Resilienz-Demo. Die Ergebnisse sind modellabhängig und nicht auf andere Standorte übertragbar.
Prioritätsversorgung: Energie dort sichern, wo sie gebraucht wird
Nicht jeder Energieverbraucher ist für die Handlungsfähigkeit eines Standorts gleichermaßen kritisch. Die vollständige Absicherung sämtlicher Verbraucher kann technisch aufwendig und wirtschaftlich unverhältnismäßig sein.
Ein Vergleich mit dem menschlichen Körper verdeutlicht das Prinzip: Bei einer Mangelsituation werden lebenswichtige Organe vorrangig versorgt. Andere Körperbereiche können zeitweise mit einer geringeren Versorgung auskommen.
Auf Energieinfrastrukturen übertragen bedeutet das, kritische Funktionen zu identifizieren und die Energieversorgung entsprechend zu priorisieren.
Drei Prioritätsstufen für eine differenzierte Energieversorgung
Im HDC-Modell werden Verbraucher und Funktionen entsprechend ihrer Kritikalität eingeordnet:
Critical Core: Kritische Fähigkeiten mit höchster Versorgungspriorität, beispielsweise lebenswichtige medizinische Funktionen, sicherheitskritische Kommunikation oder zentrale IT-Systeme. Ziel ist ihre möglichst durchgängige Versorgung unter definierten Ausfallszenarien.
Secure Core: Wichtige Betriebsfunktionen, die bei Störungen für einen begrenzten Zeitraum abgesichert oder mit reduzierter Leistung weiterbetrieben werden können.
Extended Base: Nachrangige Verbraucher, deren Energiebedarf im Krisenfall reduziert oder zeitweise unterbrochen werden kann.
Welche Funktionen welcher Priorität zugeordnet werden, hängt vom Standort und seinen Aufgaben ab. Auch der Anteil kritischer Lasten muss individuell ermittelt werden.
Durch diese Differenzierung lassen sich Erzeugungs- und Speicherkapazitäten gezielter dimensionieren. Investitionen in zusätzliche Absicherung können dort konzentriert werden, wo sie den größten Beitrag zur Handlungsfähigkeit leisten.
Zellulare Energiesysteme: Versorgung gezielt absichern
Die Priorisierung kritischer Verbraucher beeinflusst auch die Systemarchitektur.
Ein Ansatz ist der zellulare Aufbau. Die Energieinfrastruktur wird in mehrere miteinander verbundene Teilbereiche gegliedert. Jede Zelle kann über eigene Erzeuger, Speicher und Verbraucher verfügen.
Je nach technischer Auslegung können Zellen Energie austauschen, sich gegenseitig unterstützen oder bei Bedarf teilweise unabhängig betrieben werden.
Für Betreiber ergeben sich konkrete Fragen: Kann ein Speicher mehrere kritische Bereiche unterstützen? Welche Energieflüsse sind zwischen den Zellen möglich? Wie wirkt sich der Ausfall eines Teilnetzes auf die übrige Versorgung aus?
Die LEC-ENERsim-Demo zeigt anhand einer CORE-SHELL-Architektur, wie kritische und weniger kritische Bereiche energetisch gekoppelt werden können. Im veröffentlichten Modell ergeben sich gegenüber getrennten Systemen jährliche Kostenvorteile von rund 9.000 Euro.
Das modellabhängige Ergebnis zeigt, welchen Einfluss die Vernetzung auf die Wirtschaftlichkeit haben kann. Ob und in welchem Umfang sie zugleich die Resilienz verbessert, hängt von der konkreten Architektur und den untersuchten Ausfallszenarien ab.
Von der Systemauslegung zur optimierten Betriebsstrategie
Die Energiearchitektur legt fest, welche Ressourcen zur Verfügung stehen. Die Betriebsstrategie bestimmt, wie diese eingesetzt werden.
Ein Batteriespeicher kann beispielsweise zur Reduzierung von Stromkosten genutzt werden. Für die Versorgungssicherheit kann es sinnvoll sein, einen definierten Ladezustand als Reserve vorzuhalten.
Vorausschauende Betriebsstrategien berücksichtigen erwartete Entwicklungen beim Energiebedarf, bei der Eigenerzeugung oder bei Energiepreisen. Auf dieser Grundlage lässt sich der Einsatz vorhandener Komponenten planen und optimieren.
THORIUM unterstützt die Bewertung und Optimierung von Betriebsstrategien. Betreiber können untersuchen, wie sich unterschiedliche Betriebsweisen auf Kosten, Autarkie, CO₂-Emissionen und verfügbare Reserven auswirken.
Die konkrete Umsetzung vorausschauender oder echtzeitnaher Optimierung hängt vom Anwendungsfall, den verfügbaren Daten und den technischen Schnittstellen ab.
Roadmap: Von der angenommenen zur bewertbaren Versorgungssicherheit
Wie lässt sich die bestehende Energieversorgung systematisch auf ihre Resilienz überprüfen?
Ein strukturierter Prozess verbindet die Anforderungen des Betreibers mit der technischen Bewertung und konkreten Maßnahmen.
Kritische Funktionen bestimmen: Welche Aufgaben müssen auch bei einem Ausfall erfüllt werden? Welche Verbraucher sind dafür unverzichtbar?
Energiearchitektur erfassen: Erzeuger, Speicher, Netzanschlüsse, Verbraucher und ihre Abhängigkeiten werden aufgenommen. Dazu gehören technische Kennzahlen und Lastprofile.
Digitales Systemmodell erstellen: Die Energiearchitektur wird in THORIUM abgebildet und anhand verfügbarer Daten parametriert.
Relevante Szenarien simulieren: Netz- und Komponentenausfälle, Laständerungen oder veränderte Rahmenbedingungen werden untersucht.
Varianten vergleichen und optimieren: Unterschiedliche Systemarchitekturen und Betriebsstrategien werden hinsichtlich Resilienz, Autarkie, Wirtschaftlichkeit und CO₂ bewertet.
Maßnahmen priorisieren: Aus den Ergebnissen lassen sich Handlungsbedarfe ableiten und Investitionen gezielter planen.
Die Simulation ersetzt keine realen Funktionstests oder technischen Prüfungen. Sie schafft eine nachvollziehbare Grundlage, um Risiken frühzeitig zu erkennen und Entscheidungen vorzubereiten.
Resiliente Energiesysteme: Strategien für eine sichere Energieversorgung
Wie lässt sich Resilienz systematisch in die Energieplanung integrieren? Unser Whitepaper beleuchtet zentrale Herausforderungen, strategische Ansätze und Handlungsmöglichkeiten für Betreiber kritischer Infrastrukturen und weitere Entscheidungsträger.
Fazit: Resilienz wird plan- und bewertbar
Eine vorhandene Notstromversorgung ist ein wichtiger Bestandteil der Absicherung. Ob sie die erforderliche Handlungsfähigkeit unterstützt, hängt vom gesamten Energiesystem, den kritischen Verbrauchern und den betrachteten Ausfallszenarien ab.
THORIUM macht diese Zusammenhänge digital untersuchbar. Simulation, Resilienzanalyse und Mehrzieloptimierung zeigen, wie sich unterschiedliche Systemarchitekturen und Betriebsstrategien auf Versorgungssicherheit, Autarkie, Wirtschaftlichkeit und CO₂-Emissionen auswirken.
Damit entsteht eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die Auslegung und Weiterentwicklung resilienter Energiesysteme.
Wie belastbar ist Ihre Energieversorgung?
Erfahren Sie, wie sich Ihre bestehende oder geplante Energiearchitektur mit THORIUM analysieren, simulieren und optimieren lässt.