Digitalisierung der Energiewelt

Die Digitalisierung wird eine entscheidende Rolle im zukünftigen Energiesystem spielen und die Energiewirtschaft stark verändern. Den Kern stellen dabei umfangreiche Datenmengen dar, die die Grundlage für das zukünftige Energiesystem und neue Geschäftsmodelle bilden. Die Fraunhofer-Allianz Energie forscht an Methoden zur Erhebung und Übertragung von Daten im Energiesystem. Zudem unterstützt sie ihre Kunden bei der Analyse und Nutzung von Energiedaten.

Geschäftsbereich »Energie Digital«

Energiedatensystem

Energiedaten werden sowohl für die Steuerung und den Betrieb von Stromversorgungsnetzen als auch zunehmend für die Abwicklung von Geschäftsprozessen verwendet. Die genannten Bereiche stellen jeweils sehr unterschiedliche Anforderungen: kurze Latenzzeiten und höchste Zuverlässigkeit im technischen Betrieb auf der einen Seite – kostengünstige Nutzung verfügbarer IT-Infrastruktur und Datensicherheit für kommerzielle Transaktionen auf der anderen Seite. Beides ist eng mit­einander verzahnt.
Deswegen forscht die Fraunhofer-Allianz Energie an Architekturen für die IT-Infrastruktur, die die hohen Anforderungen durch die Dezentralisierung der Energieversorgung erfüllen. Wichtige Aspekte dabei sind Datensicherheit und Datenschutz, Resilienz (Widerstandsfähigkeit) sowie geringe Kosten. Damit die Komponenten verschiedener Hersteller Daten austauschen können, sind Interoperabilität und Standardisierung unerlässlich. Die Umsetzung orientiert sich an den aktuellen Forschungs­ergebnissen zum Internet of Things (IoT), die variabel im Energie­datensystem genutzt werden können.

 

Energiedatenerhebung

Grundlage von digitalen Methoden und Geschäftsmodellen sind Energiedaten. Diese müssen jedoch zunächst erhoben werden. Energieautarke Sensortechnologien erfassen physikalische Parameter effizient. Sensornetze mit niedrigstem Energieverbrauch sammeln die Daten ein und reichen sie an Gateways weiter. Hierbei spielen auch intelligente Messsysteme, v. a. Smart Meter, eine wichtige Rolle, da diese den Verbrauch und die Erzeugung von Strom, Kälte und Wärme sowie Gas und Wasser sicher und hoch­verfügbar erfassen können.
Hochmoderne Messsysteme wie die Phasor Measurement Unit (PMU) ermöglichen ein präzises Zustandsmonitoring von intelligenten Netzen (Smart Grids). Mit diesen lassen sich zeitsynchron die Auslastung an verschiedenen Punkten im Netz messen und Fehlerdiagnosen durchführen.
Die Fraunhofer-Allianz Energie bietet ihren Kunden sichere Lösungen für die Datenerhebung zur Implementierung von Geschäftsprozessen. Sie bilden die Basis für den Datenpool, der eine weitreichende Verwertung hinsichtlich Energieeffizienz­analyse, Kundenassistenz und Marktintegration gestattet.

 

Energiedatenübertragung

Mit steigenden Anforderungen an die elektrischen Netze werden auch die Datenaustauschprozesse komplexer. Moderne, standardisierte Schnittstellen helfen, komplexe Datenströme sicher und zuverlässig umzusetzen und einen permanenten Informations­austausch zu gewährleisten. Standards wie IEC 61850, IEC 61970, IEC 62351 und IEC 62325, die nur einen Teil der Schnittstellenanforderungen beschreiben, sind für den zukünftigen Netzbetrieb unumgänglich.
Insbesondere bei der Nutzung von allgemein zugänglichen Kommunikationsverbindungen spielen Daten­sicherheit und Verfügbarkeit eine wichtige Rolle. Darüber hinaus arbeiten Fraunhofer-Experten an neuen drahtlosen Verfahren für die schmalbandige Kommuni­kation, um Sensorwerte aus dem verteilten Energienetz kostengünstig anbinden zu können.
Die Fraunhofer-Allianz Energie bietet passende Lösungen, um den Datenaustausch zwischen allen Akteuren im Netz reibungslos und sicher zu gestalten.

 

Energiedatenanalyse

Ein wichtiger Nutzen der erfassten und übertragenen Daten ist die Möglichkeit, diese zu analysieren. Im einfachsten Szenario generieren Verknüpfungen Alarm- und Warnmeldungen. Bei größeren Datenmengen ergibt sich ein erheblicher Mehrwert aus der geeig­neten Aufbereitung, Aggregation und Darstellung. Während sich Data Analytics auf die Interpretation von Werten aus der Vergangenheit beziehen, spielen zukünftig Prognosen eine wesentlich wichtigere Rolle. Systeme der Fraunhofer-Allianz Energie prognostizieren Energiebedarfe mittels modellbasierter Verfahren abhängig von Jahreszeit, Wochentag, Uhrzeit und zusätzlichen relevanten Einflussgrößen wie meteorologischen Nebenbedingungen. Ähnlich verhält es sich mit Condition Monitoring. Dabei werden Betriebsdaten gesammelt, um auf den derzeitigen Verschleiß schließen und rechtzeitig vor Ausfall eines Betriebsmittels geplant eingreifen zu können.

 

Energiedatennutzung / - applikation

Die Kombination von IKT-Methoden und Verfahren führt zu verbesserten und innovativen Anwendungen. So beschäftigt sich die Fraunhofer-Allianz Energie auch mit den Auswirkungen von flexiblen, tagesvariablen Tarifen auf die Stromversorger und deren Energiebeschaffungsstrategien. Fraunhofer-Experten entwickeln Lösungen für ein umfassendes Energiedatenmanagement. Eine wichtige Rolle spielen dabei »Demand Side Management-Systeme«, bei denen der Energieverbrauch intelligent gesteuert wird und »Demand Response-Systeme«, in Form von Smart Energy Gateways, die durch prädiktive Verfahren eine dezentrale Einsatzoptimierung gestatten.

Hinsichtlich der gestiegenen Netzanforderungen im liberalisierten Energiemarkt bieten die Fraunhofer-Experten Marktteilnehmern ganzheitliche TÜV-geprüfte IT-Lösungen im Bereich des Bilanzkreis- und Netznutzungs­managements an. Auf Netzebene führen die Institute konkrete Feldversuche an realen Netzen für ihre nationalen und internationalen Partner durch, die durch Simulationen ergänzt werden können. Energiemanagementsysteme nutzen die gewonnenen Daten zur Steuerung unterschiedlicher Stromerzeuger, Speicher und Lasten innerhalb des Netzes.

Für ein marktintegriertes Betriebsmanagement dezentraler Energiequellen dienen virtuelle Kraftwerke. Diese aggregieren zahlreiche dezentrale Erzeuger, Speicher und Lasten zu einem flexiblen Kraftwerk, das die Erzeugungskurve preisoptimal vermarktet. In diesen Prozessen arbeiten wir eng mit Energieversorgern zusammen, die innovative Geschäftsmodelle verfolgen.

Die schnelle und präzise Zustandsabschätzung von vernetzten Infrastrukturen ist heute aufgrund der hohen Komplexität wichtiger denn je und wird zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen. Neue Methoden, die auf linearen Algorithmen aufbauen, ermöglichen schnellere und präzisere Ergebnisse als konventionelle Algorithmen bei minimaler Investition.

Die Fraunhofer-Allianz Energie gibt ihr Wissen auch in Weiter­bildungen zu Thema »Digitalisierung der Energiewelt« weiter.